DAFTAR ISI

Daftar Isi----------------------------------------------------- 1

BAB I Isulator--------------------------------------------- 2

BAB II   Material Isolasi Tegangan Tinggi----------- 12

2.1. Syarat Material Isolasi Listrik -------------------------------- 12

2.2. Sifat dan pengujian material isolasi ----------------- 15

BAB III  Jenis Bahan Isolasi---------------------------- 31

BAB IV  Isolasi Padat------ ----------------------------- 46

BAB V   Isolasi Gas----- -------------------------------- 58

BAB VI  Isolasi Cair---- -------------------------------- 71

1

BAB IISULATOR

Isolator :

   mempunyai sifat dapat mengisolir arus listrik,

   memiliki tahanan listrik (resistansi) yang besar sekali.

   susunan atomnya sedemikian rupa sehingga elektronvalensinya

sulit berpindah dari pita valensi ke pita konduksi, karena celah

energinya (energy gap) besar sekali.

   Jika terjadi perpindahan elektron dari pita valensi ke pita

konduksi, dengan perkataan lain terjadi tegangan tembus

(breakdown voltage).

Pada bahan isolasi, arus bocor, Ii, relatif sangat kecil bila

dibandingkan dengan arus yang melewati penghantarnya. Ada

dua kemungkinan jalannya arus bocor:

1. Melalui bahan isolasi

2. Melalui permukaan isolasi

2

Klasifikasi bahan isolasi

1. Klasifikasi bahan isolasi  berdasarkan suhu kerja maksimum:

Kelas Suhu kerja maksimum

Y 90° C

A 105° C

E 120° C

B 130° C

F 155° C

H 180° C

C diatas 180° C

2. Klasifikasi bahan isolasi berdasarkan wujudnya :

Bahan isolasi yang berbentuk gas

Bahan isolasi yang berbentuk cair

Bahan isolasi yang berbentuk padat

3

I. Bahan isolasi yang berbentuk gas

a. Udara

            Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapat dan

mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu 30kV/cm.

Susunan udara di muka bumi, terdiri atas 79% Nitrogen

(N2) dan 20% Oksigen (O2), sedangkan sisanya adalah sekitar

1% terdiri dari: Argon, Helium, Neon, Kripton, karbondioksida

dan lain-lain.

Pada sistem jaringan tenaga listrik, maka udara merupakan

bahan penyekat antara kawat konduktor atau antara kawat

konduktor dengan tanah. Pada tekanan yang tidak terlalu tinggi,

udara merupakan bahan penyekat yang baik, kebocoran melalui

udara adalah kecil sekali. Tetapi pada tekanan yang cukup

tinggi, maka akan terjadi loncatan elektron di udara. Udara

sering juga digunakan sebagai pendingin.

B. Hidrogen

Sifat-sifatnya adalah:

tidak berwarna dan tidak berbau,

merupakan gas yang teringan,

mudah terbakar tetapi tidak memelihara pembakaran,

bila bercampur dengan udara mudah meletus

4

tegangan tembusnya 18 kV/cm

gas hidrogen ekonomis bila dipergunakan pada mesin-

mesin kapasitas 15 MW ke atas.

Keuntungan pengunaan gas hidrogen dibandingkan dengan

udara

   Kebisingan suara berkurang

   Temperatur pendinginan yang dibutuhkan relatif rendah

   Efisiensi dapat naik  antara 0,7 sampai 1% lebih tinggi dengan

kepekatan Hidrogen 8 sampai 10 kali lebih rendah daripada

udara.

   Daya hantar panas hidrogen 6 sampai 7 kali lebih besar daripada

udara.

    Tidak membutuhkan pengamanan terhadap bahaya kebakaran

(hidrogen tidak memelihara kebakaran).

C. Sulfur Heksafluorida (SF6)

                Sulfur heksafluorida (SF6) merupakan suatu gas hasil

reaksi eksotermis antara unsur sulfur dengan fluor :

         S  +  3 F2                        SF6  +  262

kkalori  

Sifat-sifatnya :

5

   Merupakan gas terberat (massa jenisnya 6,14 kg/m3 atau sekitar

5 kali berat udara )

         Tidak mudah terbakar

         Tidak larut dalam air

         Tidak beracun

         Tidak berwarna dan tidak berbau

         Tegangan tembusnya sangat tinggi yaitu 75 kV/cm

         Tepat sekali digunakan sebagai pendingin pada peralatan

listrik yang menimbulkan panas atau bunga api.

II. Bahan isolasi berbentuk cair

                    Bahan isolasi cair biasanya digunakan sebagai

bahan pengisi pada beberapa peralatan listrik, misalnya:

transformator, rheostat dsb. Dalam hal ini, bahan isolasi cair

berfungsi sebagai isolator arus listrik dan sekaligus sebagai

pendingin. Oleh karena itu bahan isolator cair harus mempunyai

tegangan tembus yang besar dan daya hantar panas yang tinggi.

a. Minyak transformator

Fungsi minyak transformator adalah mengeluarkan

panas yang ditimbulkan arus listrik dalam kumparan dan

melindungi kumparan transformator dari pengaruh air.

6

Tegangan tembus minyak transformator untuk jarak 2,5 mm :

Tegangan

kerja

Minyak baru Minyak sedang dipakai

> 35 kV 40 kV 35 kV

6-35 kV 30 kV 25 kV

     <  6

kV

30 kV 20 kV

                    Agar minyak transformator dapt berfungsi sebagai

pendingin yang baik, maka kekentalannya tidak boleh terlalu

tinggi agar mudah bersirkulasi di dalam tangki. Untuk

memperpanjang umur minyak transformator, bisa dilakukan

dengan cara mencampurnya dengan senyawa tertentu, antara

lain dengan paraoksi diphenilamin. Senyawa tersebut

dimasukkan ke dalam minyak transformator yang telah dipanasi

hingga 85oC. Campuran yang terjadi, konsentrasinya dibuat

0,1% dan selanjutnya didinginkan. Minyak transformator yang

sudah diberi senyawa paraoksi diphenilamin akan berwarna

kemerah-merahan.

7

III. Bahan isolasi padat

a. Bahan tambang

Bahan tambang merupakan bahan yang asalnya didapat

dari penggalian tanah. Bahan ini ada yang berbentuk bijih (besi,

timah, seng dan lain-lain), dan harus diproses terlebih dahulu

dalam dapur untuk mendapatkan bahan yang dikehendaki.

Selain itu ada beberapa brongkolan/batu (pualam, batu tulis dan

sebagainya).

1. Batu pualam

Yang dimaksud dengan batu pualam adalah batu kapur

(CaCo3) atau dolimit yang dipoles. Sifat-sifatnya  yaitu ada yang

berwarna putih, kuning, kelabu dan lain-lain tergantung dari

warna pigmen, mudah pecah dan berat, dan mudah menghisap

air atau minyak. Karena sifat-sifat tersebut diatas, maka

sekarang batu pualam jarang dipakai sebagai bahan isolasi.

2. Asbes

Asbes merupakan bahan yang berserat, tidak kuat dan

mudah putus. Selain itu asbes tidak bisa terbakar jadi tahan

panas tinggi. Asbes dapat dibuat lempeng-lempeng tipis, yang

disebut kertas asbes. Sedangkan semen asbes dibuat dari bahan-

bahan semen Portland sebagai pengikat dari asbes, kemudian

dipres dalam keadaan dingin dan dibuat dalam bentuk papan,

8

lempeng, tabung dan lain-lain. Asbes disamping digunakan

sebagai penyekat panas, juga sebagai penyekat listrik. Sebagai

penyekat listrik, asbes digunakan pada tegangan rendah. Untuk

mempertinggi daya sekat listriknya, asbes dicelupkan dalam

vernis, sirlak atau bahan penyekat lainnya, sehingga daya

mekanis dan daya tahanan airnya lebih kuat.

3. Mika

Sifat-sifat dari mika adalah kekuatan dielektriknya 3.000

V/mm, dielektric loss factornya rendah, tahanan listriknya

tinggi, tahan terhadap panas dan lembab, kekuatan mekanisnya

baik, temperaturnya kerjanya baik, dan mudah lentur tetapi kuat

Bentuk senyawa dari mika :

Mika alam, Muscovita [KAl2, AlSi3O(OH)2] disebut juga

Lonit mika, merupakan bahan yang paling banyak

digunakan. Selain itu Phlogopite [KAl2, AlSiO3(OH)2]

sifat-sifatnya tidak sebaik Muscovite, tetapi tahan

terhadap temperatur tinggi, mempunyai kestabilan yang

tinggi dan jernih.

Mika sintetis, fluorophlogopite, mika ini dibuat dengan

jalan memanaskan campuran antara silikat, aluminium,

magnesium, dan ditambahkan kedalam Fluorence

9

Compound. Susunan atomnya hampir sama dengan

phlogopite.

Penggunaan mika :

Sebagai bahan isolasi yang terpenting seperti elemen-

elemen pemanas mesin-mesin elektrik

Sebagai bahan dielektrik termasuk kelas C, karena tahan

terhadap temperatur, bila dicampur dengan dielektrik

kelas A akan membentuk golongan perantara B dan bila

dicampur dengan silikon menghasilkan bahan dielektrik

kelas H dipergunakan sebagai bahan pengisi kapasitor.

Sebagai bahan kapasitor, mica receiving, mica

transmitting dan mica reconstituted.

4. Mekanit

Merupakan mika yang dirubah sesuai dengan kebutuhan

pemakainya. Contohnya :

polat mekanit, mekanit komutator, pita mekanit.

b. Bahan-bahan berserat

10

Ada tiga macam golongan dasar yang dipergunakan yaitu

tumbuh-tumbuhan, binatang, dan bahan tiruan. Sebenarnya

bahan ini kurang baik sebagai penyekat listrik, karena sifatnya

yang sangat menyerap cairan. Kita tahu bahwa cairan dapat

merusak penyekat dan daya sekat listrik akan turun. Faktor-

faktor yang menyebabkan bahan serat dipakai sebagai penyekat

listrik adalah bahannya akan melimpah sehingga harganya

murah, daya mekanisnya cukup baik (kuat dan fleksibel),

dengan disusun berlapis-lapis dan dengan dicampur zat-zat lain,

dapat diperbaiki daya mekanisnya, daya sekatnya dan

ketahanannya terhadap panas.

Contohnya benang, terbuat dari atau sutra. Tekstil, terbuat

dari benang yang ditenun dan dijadikan pita atau kain.selain itu

dikenal juga tekstil tiruan, misalnya nilon, tetoron, decron, trilin

dan sebagainya..

11

BAB IIMATERIAL ISOLASI PADA

TEKNOLOGI TEGANGAN TINGGI

Penentuan ukuran sistem isolasi membutuhkan

pengetahuan yang akurat tentang jenis, besar dan

lama terjadinya tekanan listrik (electric stress) pada

kondisi lingkungan tertentu. Namun, di sisi lain,

karakterisitik material isolasi harus pula diketahui

sehingga dapat diperoleh rancangan sistem isolasi

yang paling optimum atau ekonomis. Masalah yang

timbul adalah penentuan karakteristik material isolasi

dilakukan dengan sampel model pada kondisi standar,

sehingga interpolasi nilai-nilai model ini terhadap

sistem isolasi yang nyata seringkali tidak

sesuai.    Selain itu, banyak nilai dari karakteristik

material isolasi diarahkan ke masalah statistik agar

penentuan dimensi sistem isolasi harus dilakukan

dengan batas keamanan yang sesuai.

12

1.1. Syarat material isolasi

Fungsi yang paling penting dari material

isolasi adalah untuk mengisolasi konduktor

bertegangan satu sama lain dan terhadap bumi.

Namun, selain itu, material isolasi harus memiliki

fungsi mekanis dan mampu bertahan terhadap tekanan

termal dan kimia. Tekanan-tekanan tersebut

seringkali terjadi secara simultan, sehingga efek

bersama dari berbagai parameter tersebut dapat

diketahui.

Bergantung pada jenis aplikasiya, ada beberapa

persyaratan yang ditentukan untuk karakteristik

listrik dari material isolasi:

           Memiliki kekuatan elektrik yang tinggi, untuk

mendapatkan ukuran yang kecil dan biaya rendah

dengan volume material sesedikit mungkin.

           Memiliki dielektrik losses yang rendah, untuk

mencegah terjadinya pemanasan lebih pada material

isolasi

           Memiliki kekuatan tracking yang tinggi selama

terjadinya tekanan pada permukaan material, untuk

mencegah terjadinya tracking atau erosi.

           Memiliki konstanta dielektrik yang sesuai

13

Persyaratan mekanik diperlukan karena material

isolasi merupakan material konstruksi yang memiliki

karakteristik beban tertentu. Beberapa sifat yang

penting pada material isolasi adalah:

           Kekuatan tensil (misalnya pada isolator saluran

udara)

           Kekuatan tarik (post isolator pada gardu induk)

           Kekuatan tekanan (isolator pedestal pada antena)

atau

           Kekuatan menahan tekanan (isolator CB dengan

tekanan internal).

Karakteristik mekanis seperti modulus elastisitas,

kekerasan dan lain-lain merupakan karakteristik yang

sangat berhubungan dengan tekanan dan perancangan

yang sesuai.

Peralatan listrik seringkali mengalami kenaikan

temperatur pada operasi normal sebagaimana pada

kondisi gangguan. Spesifikasi dari sifat termal

seperti kekuatan bertahan terhadap panas yang tinggi,

kekuatan bertahan yang baik terhadap panas,

konduktivitas termal yang tinggi, koefisien ekspansi

termal yang rendah, dan kekuatan bertahan terhadap

busur api yang tinggi.

Material isolasi juga harusnya tidak sensitif

terhadap kondisi lingkungannya. Oleh karena itu

14

material isolasi hendaknya memiliki beberapa sifat

lain seperti: memiliki ketahanan terhadap ozone,

impermeabilitas, bersifat higroskopik, daya serap air

rendah, dan kestabilan radiasi.

Sifat-sifat teknologi seperti kemampuan proses

dan kerja yang tinggi, homogen, kestabilan ukuran

dan lain-lain yang penting untuk produksi ekonomis

harus pula diperhitungkan.

Material isolasi yang diterapkan pada sistem

tegangan tinggi harus memenuhi persyaratan yang

seringkali bertentangan. Oleh karena itu, pemilihan

material isolasi untuk aplikasi tertentu harus melalui

kompromi antara syarat-syarat dan sifat-sifat yang

harus dipenuhi.

2.2. Sifat dan pengujian material isolasi

2.2.1 Sifat listrik

a) Kuat medan tembus                   Kuat medan tembus merupakan sifat material

yang sangat penting yang sangat berhubungan dengan

ukuran material, meskipun tidak menggambarkan

spesifikasi tetap dari material. Hal ini disebabkan

adanya pengaruh parameter lain seperti jari-jari

lekukan isolasi dan permukaan elektroda, ketebalan

15

lapisan, jenis tegangan, lamanya tekanan, tekanan

udara, temperatur, frekuensi dan kelembaban. Untuk

material isolasi dan konfigurasi elektroda tertentu,

nilai-nilai yang berhubungan dengan hal-hal di atas

telah tersedia (misalnya, untuk udara dan SF 6pada

kondisi standar dan konfigurasi yang berbeda). Pada

kasus yang lain, tegangan tembus isolasi untuk

aplikasi tertentu harus ditentukan secara pengujian.

                   Untuk material isolasi padat, kriteria tertentu

tersedia dari pengukuran tegangan tembus atau kuat

medan tembus pada plat uji pada medan homogen

atau kurang homogen. Material isolasi gas dan cair

diuji di antara segmen-segmen sferis.

pengaturan pengujian standar untuk penentuan  kuat  medan  tembus pada atau foil sampai ketebalan 3 mm. Untuk mencegah pelepasan muatan permukaan pada plat, keseluruhan pengaturan dilakukan pada cairan isolasi dengan konstanta dielektrik yang konstan. Pengaturan elektroda dari segmen sferis dapat dilihat pada gambar 2 dengan menggunakan material isolasi cair dan gas yang dapat diatur agar kegagalan (tegangan tembus) tercapai pada jarak celah 6.5 mm.

16

Pengujian tegangan tembus dilakukan dengan

tegangan bolak-balik, yang dinaikkan dari tegangan

nol sampai tegangan tembus dalam orde 10-

20  detik.      Nilai     tengah dari tegangan  tembus

ditentukan  dari     5 sampel; jika ada nilai yang

melebihi 15% dari nilai tengah, maka harus diuji lagi

5 sampel tambahan sehingga nilai tengah ditentukan

dari 10 sampel uji. Kuat medan tembus dapat diuji

dari tegangan tembus dan jarak elektroda terkecil.

b) Tahanan isolasi

Sistem isolasi di lapangan memiliki beberapa

jenis dielektrik yang seringkali mengalami tekanan

dalam susunan paralel. Oleh karena itu, tahanan

isolasi dari isolator terdiri atas kombinasi paralel

tahanan permukaan dan tahanan volume. Sementara,

tahanan volume sendiri yagn biasanya dinyatakan

sebagai tahanan jenis dalam   cm, tidak terpengaruh

oleh medium sekelilingnya, sedangkan tahanan

permukaan sangat dipengaruhi oleh kondisi

lingkungan seperti tekanan udara, temperatur,

kelembaban, debu, dan lain-lain.

                   Pengaturan pengukuran tahanan volume dari

sampel material isolasi plat dapat dilihat pada gambar

3. Elektroda hidup yang juga menopang sampel plat,

17

dipasang berlawanan dengan elektroda yang diukur.

Tahanan volume diukur dari tegangan searah yang

diberikan (100 V atau 1000 V) dan arus yang diambil

dari elektroda terukur. Cincin yang diatur secara

konsentris mengelilingi elektroda terukur dengan

jarak celah 1 mm untuk kesalahan pengukuran yang

disebabkan oleh arus permukaan.

                  Pengaturan pengujian khusus tersedia untuk

sampel material isolasi berbentuk tabung, untuk

gabungan isolasi yang dapat dilebur, dan untuk

material isolasi cair.

                   Material isolasi yang umum menunjukkan

tahana volume jenis 10 1 2–101 3cm, sedangkan

material superior dapat mencapai tahanan sampai

101 7  cm atau lebih besar lagi.

                   Untuk mengukur tahanan permukaan

digunakan pinggir pisau logam, dengan jarak celah 1

cm pada posisi 10 cm di atas permukaan material

isolasi pada pengujian dengan tegangan searah. Dari

tegangan dan arus, maka besar tahanan permukaan,

yang dinyatakan dalam ohm, dapat ditentukan.

c) Kekuatan tracking

                   Pada saat sistem isolasi diberikan tekanan

listrik, maka sebuah arus yang ditentukan oleh

18

besarnya tahanan permukaan akan mengalir pada

permukaan isolator yang mengarah pada terjadinya

kebocoran atau arus jalar. Sangat mudah dipahami

bahwa kondisi lingkungan seperti temperatur, tekanan

udara, kelembaban dan polusi akan sangat

menentukan besar arus bocor tersebut. Material

isolasi yang digunakan di lapangan seharusnya dapat

melawan arus bocor tersebut sehingga tidak ada atau

hanya sedikit sekali kerusakan yang terjadi pada

permukaan isolator.

                   Arus bocor akan menghasilkan tekanan termal

dan kimia pada permukaan. Efek yang dapat dilihat

akibat tekanan yang berlebih adalah munculnya jalur-

jalur retak akibat dekomposisi material; kerusakan ini

dapat muncul dalam bentuk jalur konduksi yang

menghasilkan tekanan elektrik lanjutan atau erosi,

yang akan meninggalkan jalur retak lagi sesudahnya.

Meskipun sifat isolasi dipengaruhi oleh erosi,

misalnya oleh deposisi debu, tetapi kemampuan

tekanan elektrik tidak dipengaruhi. Erosi dapat

terjadi baik pada plat maupun  pit  (gambar 4).

                   Tracking tidak terbatas hanya pada permukaan

isolasi di luar ruangan, melainkan juga dapat terjadi

pada permukaan isolasi di dalam ruangan jika kondisi

lingkungannya tidak mendukung,

19

bahkan tracking dapat pula terjadi permukaan isolator

yang di pasang di dalam peralatan. Hal ini

dipengaruhi oleh karakteristik dari material isolasi

itu sendiri, oleh bentuk dan penyelesaian elektroda

dan permukaan, dan juga oleh kondisi

eksternal.Flashover  dapat bermula dari bergabungnya

beberapa jalur retak yang ada pada permukaan

isolator.

                   Pengujian kekuatan tracking dari material

isolasi dilakukan dengan menggunakan metode yang

telah digambarkan di atas. Pada metode KA dengan

mengacu pada VDE, elektroda platinum ditempatkan

pada sampel material isolasi dengan ketebalan

minimum 3 mm dan tegangan bolak-balik 380 V pada

pengaturan elektroda seperti yang ditunjukkan pada

gambar 5. Pipet dengan satu tetesan campuran uji

dengan konduktivitas tertentu dilakukan setiap 30

detik. Tetesan tersebut akan membasahi permukaan

material isolasi di antara kedua elektroda yang akan

menyebabkan arus bocor. Setelah jumlah tetesan

sampai waktu tertentu yang diset secara otomatis

tercapai, maka hasil pengujian segera dievaluasi, atau

lebar terbesar dari saluran yang terbentuk diukur.

d) Tahanan busur

20

                   Flashover yang terjadi sepanjang permukaan

material isolasi dengan busur-daya yang berturut-

turut sangat jarang terjadi, tapi pada dasarnya

gangguan tersebut tidak dapat dihindari pada sistem

isolasi di lapangan. Material isolasi yang

memperlihatkan pengaruh busur memiliki sifat listrik

dan mekanik yang bermacam-macam. Disebabkan

oleh temperatur busur yang tinggi dan sebagai

konsekuensi dari pembakaran tidak sempurna

material isolasi, jalur konduksi dapat terjadi

sehinggatidak boleh lagi mengalami tekanan listrik.

                   Untuk menenukan tahanan busur, elektroda

karbon yang disuplai tegangan searah 220V dipasang

pada plat isolasi. Dengan adanya busur pada

permukaan material isolasi, maka elektroda akan

digerakkan menjauh dengan kecepatan 1 mm/dtk

sampai jarak maksimum 20 mm. Enam level dari

tahana bususr, L1 sampai L6, ditentukan berdasarkan

tingkat kerusakan yang disebabkan oleh busur itu,

digunakan sebagai gambaran sifat material.

e) Konstanta dielektrik dan faktor disipasi

                   Konstanta dielektrik   r  disebabkan oleh efek

polarisasi pada material isolasi. Untuk material

21

isolasi di lapangan, yang jauh dari polarisasi

deformasi (elektronik, ion, dan polarisasi lapisan),

polarisasi orientasi penting karena material-material

isolasi memiliki dipol-dipol permanen pada struktur

molekulnya. Ini adalah penyebab utama terjadinya

losses polarisasi dan berpengaruh pada kebebasan

frekuensi dari   r  dan tan  , yang sangat penting pada

aplikasi teknis.

                   Karena mekanisme polarisasi memiliki waktu

relaksasi berbeda-beda, perubahan   r  sebagai fungsi

frekuensi ditunjukkan pada gambar 6. Waktu

relaksasi yang berbeda menghasilkan batasan

frekuensi yang mana mekanisme berikutnya tidak ada

lagi, karena perpindahan dipol yang berhubungan

tidak terjadi. Inilah penyebab mengapa konstanta

dielektrik pasti berkurang. Dengan adanya perubahan

keadaan, variasi tahap   r  dapat terjadi akibat

perubahan mobilitas dipol.

                   Pada setiap daerah transisi konstanta

dielektrik, faktor disipasi tan  memiliki nilai

maksimum. yang penting untuk sistem isolasi di

lapangan, yakni daerah frekuensi dimana polarisasi

orientasi hilang.

Hal penting tentang sifat material isolasi

bergantung pada tegangan dan temperatur. Jika kurva

22

tan   = f(U) menunjukkan titik-lutut ionisasi, maka

hal itu membuktikan terjadinya titik awal pelepasan

muatan sebagian. Peningkatan losses polarisasi

disebabkan adanya konduksi ionik yang diketahui

dari kurva tan   = f(). Pengukuran tan    dan

penentuan  r  dilakukan dengan menggunakan

rangkaian jembatan.

1.2.2. Sifat termal

Pada peralatan dan instalasi yang disuplai

dengan listrik,    panas dihasilkan oleh losses ohm

pada konduktor, melalui losses dielektrik pada

material isolasi dan melalui losses magnetisasi dan

arus eddy pada besi. Karena material isolasi memiliki

stabilitas termal yang sangat rendah, dibandingkan

dengan logam, maka kenaikan temperatur yang

diizinkan pada material isolasi seringkali membatasi

penggunaan dari peralatan. Oleh karena itu,

pengetahuan tentang sifat termal material isolasi

menjadi sangat penting dalam konstruksi dan

perancangan peralatan.

a) Panas jenis

Disebabkan adanya inersia dari pemindahan panas,

maka material isolasi harus memiliki kemampuan

23

menyerap pulsa termal sesaat, disebabkan oleh variasi

beban yang cepat, melalui kapasitasnsi termalnya

akibat peningkatan temperatur.

b) Pemindahan panas                   Selama terjadinya tekanan kontinu pada kondisi operasi yang statis, panas yang muncul sebagai akibat losses harus dipindahkan ke udara sekelilingnya. Mekanisme pemindahannya adalah konduksi, konveksi dan radiasi termal.

Untuk memindahkan panas dengan cepat dari

peralatan listrik dibutuhkan konduktivitas termal

yang baik. Hal ini dapat dilakukan dengan sangat

baik dengan menggunakan material isolasi kristal

karena susunan atom-atomnya teratur dalam lapisan

kristal dan jarak atonya yang kecil, sehingga terjadi

pemindahan atom yang sangat baik. Berbeda dengan

itu, material amorf memiliki konduktivitas termal

yang jelek, seperti yang telah dijelaskan pada contoh

kristal dan pasir kuarsa amorf. Untuk kristal

kuarsa   = 6 – 12 W/mK, sedangkan untuk gelas

kuarsa   = 1.2 W/mK. Sifat konduksi termal yang

baik pada kuarsa dapat meningkatkan nilai  pada

cetakan yang diisi, ketika kuarsa kristal dalam bentuk

24

pasir atau bubuk kuarsa digunakan sebagai material

pengisi.

Untuk pemindahan panas secara konveksi, arus

termal P sebanding dengan luas batas A dan

perbedaan temperatur antara medium disipasi dan

absorpsi:

                   P =    . A (T 1  – T 2)

Jumlah transisi termal    bukanlah sebuah konstanta

material, melainkan bergantung pada beberapa

parameter seperti kerapatan dan panas jenis medium,

kecepatan aliran dan jenis aliran. Untuk perhitungan

awal, dapat digunakan nilai-nilai berikut:

 dalam

W/m2K

Objek tetap / udara stasioner

Objek tetap / udara bergerak

Objek tetap / zat cair

3.4 – 35

12 – 600

250 - 6000

Karena nilai-nilai tersebut memiliki range yang

besar, maka untuk penggunaan di lapangan, perlu

dilakukan perhitungan lanjut untuk menentukan

nilai  yang eksak dengan menggunakan literatur.

25

                   Pemindahan panas dengan radiasi tidak

dijelaskan secara detail di sini, sebab hanya penting

untuk pemasangan CB dan SF 6 .

c) Ekspansi Termal Linier

Material isolasi adalah material konstruksi

yang seringkali digunakan bersam dengan logam.

Pengganti dari ekspansi termal yang lebih besar dari

material isolasi organik adalah timbulnya tekanan

mekanis berlebih  yang berahaya yang dapat

menimbulkan retak pada elektroda. Untuk material

isolasi inorganik ekspansi termal linier lebih rendah

daripada logam; sehingga adanya peningkatan

ekspansi termal dipengaruhi oleh jenis pengisi

material organik dengan zat-zat inorganik misalnya

epoxy resin dengan pasir kuarsa. Material yang

mengandung kistal sangat sering memiliki ekspansi

termal yang lebih besar daripada material amorf.

d) Kestabilan termal

                   Sifat penting dari material isolasi adalah

kemampuannya mempertahankan bentuknya

(shape retention) dari pengaruh panas; ada dua

metode untuk menentukannya. Menurut  Martens,

26

kemampuan mempertahankan bentuk panas dapat

ditentukan dengan pengujian rod standar berukuran

10x15 mm 2  dan panjang 120 mm yang diberikan

tekanan pembengkokan yang seragam (uniform) pada

sepanjang rod tersebut   sebesar 500 N/cm 2 . Pada saat

yang sama, temperatur lingkungan dinaikkan dengan

kecepatan 50 oC/jam. Temperatur pada saat rod

menjadi bengkok dinamakan kemampuan

mempertahankan bentuk panas. Untuk material

termoplastik digunakan metode  Vicat.

Temperatur  Vicat adalah temperatur dimana sebuah

jarum tumpul berukuran 1 mm2  yang diberikan gaya

10N atau 50N mampu menembus material isolasi

sampai kedalaman 10.1 mm.

Tabel berikut menunjukkan beberapa data yang

berhubungan:

Material

Shape retention

menurut Martens

dalam oC

Pada panas menurut

Vicat dalam oC

PVCPTFECetakan-EPPURPE

6070

sampai 160sampai 80

-

70 – 9075 – 100

--

40 – 75

27

Pada material plastik, cetakan tersebut tidak

hanya mengalami penurunan dalam kemampuan

tegangan, kekuatan kompresi dan pembengkokan,

melainkan juga mengalami perusakan sifat listrik dan

dielektrik.

Nilai  shape tention yang besar pada terpaan

panas merupakan kelebihan bagi material isolasi

inorganik dibandingkan material organik.

2.2.3. Sifat Kimia

                   Pada saat zat-zat asing berdifusi ke dalam

material isolasi, maka material tersebut akan

mengalami perubahan kimia. Hanya material

inorganik seperti kaca dan keramik yang tidak dapat

diotembus (impermeable). Pada material organik

sintetis, difusi dapat terjadi pada molekuler polimer.

Kecepatan difusi bergantung pada struktur material

dan daya tarik-menarik antara material dan zat-zat

asing.

                   Contoh, semua material isolasi organik

menyerap uap air lewat proses difusi.Hal terebut akan

menimbulkan kerusakan sifat listrik dan dielektrik.

Garam yang dihasilakn dari proses hidrolisis atau

bahan pengotor akan meningkatkan konduktivitas dan

28

menyeabkan faktor disipasi dan kuat medan tembus

yang lebih buruk. Konstanta dielektrik air yang besar

akan mengubah konstanta dielektrik material dan

menyebabkan perubahan pada distribusi tegangan

pada tekanan dengan tegangan bolak-balik. Selain itu,

air yang terserap dapat menyebabkan perubahan

dimensi dan korosi pada elektroda.

                   Material isolasi yang digunakan di luar

ruangan memiliki permukaan dengan daya basah yang

rendah, sehingga bagian yang dekat dengan air harus

dihindari. Daya basah permukaan dinyatakan dengan

karakteristik air pada permukaan kering seperti yang

ditunjukkan pada gambar 7. Semakin besar sudut

vmax yang searah dengan kecepatan tetesan (drop)

air, maka semakin kecil daya basah permukaan

material. Nilai-nilai hasil percobaan dapat dilihat

pada tabel:

Material isolasi vm a x vm i n

Paraffin

Silicon rubber

Gelas, mika

110o

100o

0o

95o

90o

0o

29

Material-material inorganik seperti porselin

dan kaca, memiliki resistansi terhadap alkali dan

asam (kecuali terhadap asam hidrofluoric); sedangkan

material organik sangat rentan terhadap asam oksida,

alkali dan hidrokarbon. Untuk material isolasi yang

digunakan di luar ruangan, lapisan-lapisan polusi

basah dapat diuraikan dengan menggunakan tekanan

elektrik dan panas sehingga menghasilklanm zat

kimia tertentu yang jika berinteraksi dengan cahaya,

oksigen, ozon, panas dan radiasi UV, akan

menyebabkan kerusakan pada material isolasi.

30

BAB IIIJENIS BAHAN ISOLASI

Isolator terdiri dari isolator padat ,cair dan gas.

Penggunaan dari ketiga isolator ini tergantung dari sifat-

sifat atau karakteristik dari setiap bahan. Untuk teknik

tegangan tinggi perlu diperhatikan ketahanan dari suatu

isolasi tersebut untuk dapat menahan tegangan tinggi yang

disalurkan. Sifat dan karakteristik dari ke tiga isolasi akan

dijelaskan sebagai berikut:

A. BAHAN ISOLASI GAS

Bahan isolasi gas adalah digunakan sebagai pengisolasi dan

sekaligus sebagai media penyalur panas. Bahan isolasi gas yang

dibahas dalam bab ini adalah : udara, sulphur hexa fluorida (SF6)

sebagai titik berat di damping gas-gas lain yang lazim digunakan di

dalam teknik listrik.

1. Udara

31

Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapatkan,

mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu 30 kV/ cm.

Contoh yang mudah dijumpai antara lain : pada JTR, JTM, dan

JTT antara hantara yang satu dengan yang lain dipisahkan dengan

udara. Hubungan antara tegangan tembus dan jarak untuk udara

tidak linier seperti ditunjukkan pada Gambar berikut

Gambar 1. Vt = f (celah udara) pada p = 1 atm, F = 50 Hz

2. Sulphur Hexa Fluorida

Sulphur Hexa Fluorida (SF6) merupakan suatu gas

bentukan antara unsur

32

sulphur dengan fluor dengan reaksi eksotermis :

S + 3 F2 ----------------SF6 + 262 kilo kalori

Molekul SF6 seperti ditunjukkan pada Gambar

Gambar. 2. Molekul sulphur hexa fluorida

Terlihat pada gambar 3.5 bahwa molekul SF6 mempunyai 6

atom Fluor yang mengelilingi sebuah atom Sulphur, di sini masing-

masing atom Fluo mengikat 1buah elektron terluar atom Sulphur.

Dengan demikian maka SF6 menjadi gas yang inert atau stabil

seperti halnya gas mulia. Sampai saat ini SF6 merupakan gas

terberat yang mempunyai massa jenis 6,139 kg/m3 yaitu sekitar 5

kali berat udara pada suhu 00 celsius dan tekanan 1 atmosfir. Sifat

lainnya adalah : tidak terbakar, tidak larut pada air, tidak beracun,

tidak berwarna dan tidak berbau. SF6 juga merupakan bahan isolasi

33

yang baik yaitu 2,5 kali kemampuan isolasi udara. Perbandingan

SF6 dengan beberapa gas lain seperti tercantum pada Tabel :

Tabel Sifat beberapa Gas

Seperti telah disebutkan di atas, bahwa untuk pembentukan SF6

timbulpanas, ini berarti bahwa pada pemisahan SF6 menjadi

Sulphur dan Fluor memerlukan panas dari sekelilingnya sebesar

262 k . kalori/ molekul. Hal ini tepat sekali digunakan untuk bahan

pendinginan pada peralatan listrik yang menimbulkan panas atau

bunga api pada waktu bekerja, misalnya : sakelar pemutus beban.

34

Sifat dari SF6 sebagai media pemadam busur api dan relevansinya

pada sakelar pemutus beban adalah :

Hanya memerlukan energi yang rendah untuk

mengoperasikan mekanismenya. Pada prinsipnya SF6

sebagai pemadam busur api adalah tanpa memerlukan

energi untuk mengkompresikannya, namun semata-mata

karena pengaruh panas busur api yang terjadi.

Tekanan SF6 sebagai pemadam busur api maupun sebagai

pengisolasi dapat dengan mudah dideteksi.

Penguraian pada waktu memadamkan busur api maupun

pembentukannya kembali setelah pemadaman adalah

menyeluruh (tidak ada sisa unsure pembentuknya)

Relatif mudah terionisasi sehingga plasmanya pada CB

konduktivitasnya tetap rendah dibandingkan pada keadaan

dingin. Hal ini mengurangi kemungkinan busur api tidak

stabil dengan demikian ada pemotongan arus dan

menimbulkan tegangan antar kontak.

Karakteristik gas SF6 adalah elektro negatif sehingga

penguraiannya menjadikan dielektriknya naik secara

bertahap.

Transien frekuensi yang tinggi akan naik selama operasi

pemutusan dan dengan adanya hal ini busur api akan

dipadamkan pada saat nilai arusnya rendah.

35

3. Gas-gas lain

Gas bentukan fluoro organic misalnya C7F14, C7F8, C14, F24

mempunyai tegangan tembus yang tinggi, berkisar antara 6 – 10

kali tegangan tembus udara. Pemakaian gas ini cocok untuk

bahan isolasi pada alat-alat pemutus.

Gas karbon dioksoda (CO2) dapat digunakan sebagai gas

residu pada bahan dielektrik cair (minyak) pada alat-alat

tegangan tinggi, antara lain : kabel dan trafo.

Gas neon adalah salah satu gas mulia yang banyak

digunakan sebagai bahan pengisi lampu-lampu tabung.

B. BAHAN ISOLASI CAIR

Bahan isolasi cair digunakan sebagai bahan pengisi pada

beberapa peralatan listrik, misalnya : transformator, pemutus

beban, rheostat. Dalam hal ini bahan isolasi cair berfungsi sebagai

pengisolasi dan sekaligus sebagai pendingin. Karena itu

persyaratan untuk bahan cair yang dapat digunakan untuk isolasi

antara lain : mempunyai tegangan tembus dan daya hantar panas

yang tinggi.

1. Minyak Transformator

36

Minyak transformator adalah minyak mineral yang diperoleh

dengan pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya, minyak

ini karena pengaruh panas dari rugi-rugi di dalam transformator

akan timbul hidrokarbon. Selain berasal dari minyak mineral,

minyak transformator dapat pula yang dapat dibuat dari bahan

organik, misalnya : minyak trafo Piranol, Silikon. Sebagai bahan

isolasi, minyak transformator harus mempunyai tegangan tembus

yang tinggi. Pengujian tegangan tembus minyak transformator

dapat dilakukan dengan menggunakan peralatan seperti

ditunjukkan pada Gambar

Gambar 4. Alat pengujian tegangan tembus minyak transformator

37

Jarak elektroda dibuat 2,5 cm, sedangkan tegangannya dapat diatur

dengan menggunakan auto-transformator sehingga dapat diketahui

tegangan sebelum saat terjadinya kegagalan isolasi yaitu terjadinya

locatan bunga api. Locatan bunga api dapat dilihat lewat lubang

yang diberi kaca. Selain itu dapat dilihat dari Voltmeter tegangan

tertinggi sebelum terjadinya kegagalan isolasi (karena setelah

terjadinya kegagalan isolasi voltmeter akan menunjukkan harga

nol. Tegangan temus nominal minyak transformator untuk

tegangan kerja tertentu dapat dilihat pada tabel 2.

Dengan demikian dapat diketahui apakah minyak

transformator ketahanan listriknya memenuhi persyaratan yang

38

berlaku. Ketahanan listrik minyak transformator dapat menurun

karena pengaruh asam dan dapat pula karena kandungan air.

2. bahan isolasi cair lain

Minyak untuk kabel yang berisolasi kertas dibuat lebih

kental daripada minyak trafo, disamping itu terdapat pula bahan

isolasi kabel yang di impregnasi dengan minyak yang kekentalan

rendah dengan pemurnian yang tinggi, yaitu kabel untuk tegangan

ekstra tinggi yang diisi minyak.

Disamping bahan-bahan diatas, terdapat pula isolasi cair

sintetis yang berisi chloor (hidrokarbon seperti difenil C10H12).

Bahan-bahan ini diantaranya: sovol, askarel, araclor, pyralen,

shibanol. Dan bahan isolasi cair lain yang lebih mahal dari minyak

trafo adalah minyak silicon.

C. BAHAN ISOLASI PADAT

Kaca dan porselin adalah tergolong bahan mineral, tetapi

penggunaannya tidak pada bentuk atau keadaan alaminya

melainkan harus diproses terlebih dahulu dengan pemanasan

(pembakaran), pengerasan dan pelumeran. Itulah sebabnya maka

pembahasannya dipisahkan dengan pembahasan bahan mineral

pada bab sebelumnya.

1. Kaca

39

Kaca adalah substansi yang dibuat dengan pendinginan

bahan-bahan yang dilelehkan, tidak berbentuk kristal tetapi tetap

pada kondisi berongga. Kaca pada umumnya terdiri dari campuran

silikat dan beberapa senyawa antara lain : borat, pospat. Kaca

dibuat dengan cara melelehkan beberapa senyawa silikat (pasir),

alkali (Na dan K) dengan bahan lain (kapur, oksida timah hitam).

Karena itu sifat dari kaca tergantung dari komposisi bahan-bahan

pembentuknya tersebut. Massa jenis kaca berkisar antara 2 hingga

8,1 g/cm2, kekuatan tekannya 6000 hingga 21000 kg/cm2 ,

kekuatan tariknya 100 hingga 300 kg/cm2. Karena kekuatan

tariknya relatif kecil, maka kaca adalah bahan yang regas.

Walaupun kaca merupakan substansi berongga, tetapi tidak

mempunyai titik leleh yang tegas, karena pelelehannya adalah

perlahan –lahan ketika suhu pemanasan di naikkan. Titik pelelehan

kaca berkisar antara 500 hingga 17000 C. Makin sedikit kandungan

S1O2 nya makin rendah titik pelembekan suatu kaca. Demikian

pula halnya dengan muai panjang () nya, makin banyak kadar

S1O2 yang dikandungnya akan makin kecil nya. Muai panjang

untuk kaca berkisar antara 5,5-10-7 hingga 150. 10-7 per derajat

celcius.

2. Sitol

Sitol mempunyai bahan dasar kaca yang merupakan

pengembangan baru. Pemakaian sitol adalah sangat luas, struktur

40

dan sifat-sifatnya adalah diantara kaca dan keramik. Sitol juga

disebut keramik-kaca atau kaca kristal. Yang banyak dijumpai

dipasaran antara lain : pyroceram, vitoceram. Sitol mempunyai

struktur kristal yang halus (hal ini yang membedakannya dengan

kaca biasa) tetapi berongga. Tidak seperti halnya keramik biasa,

sitol tidak dibuat dengan pembakaran tetapi cenderung dengan fusi

dari bahan-bahan mentahnya dengan menjadikannya meleleh dan

kemudian kristalisasi.

3. Porselin

Porselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangat penting dan luas penggunaannya. Istilah bahan -bahan keramik adalah digunakan untuk semua bahan anorganik yang dibakar dengan pembakaran pada suhu tinggi dan bahan asal berubah substansinya. Bahan dasar dari porselin adalah tanah liat. Ini berarti bahan dasar tersebut mudah dibentuk pada waktu basah, tetapi menjadi tahan terhadap air dan kekuatan mekaniknya naik setelah dibakar. Penggunaan isolator dari porselin antara lain : isolator tarik, isolator penyangga, rol isolator seperti dapat dilihat pada gambar ;

41

Gambar 5. Beberapa isolator porselin

D. BAHAN ISOLASI BERSERAT

Kelebihan dari bahan berserat adalah mempunyai

fleksibilitas yang baik, kekuatan mekanis yang tinggi, mudah

diproses dan murah harganya. Adapun kekurangannya adalah

higroskopis dan tegangan tembusnya rendah.

Jenis-jenis bahan isolasi berserat:

Kayu

Kertas

Tekstil

Akhir-akhir ini banyak tekstil sintetis yang digunakan

sebagai bahan isolasi karena mempunyai beberapa keuntungan

antara laian: kekuatan mekanis, elastisitas, dan tahan panas yang

tinggi, higroskopisitas rendah dan lebih stabil terhadap pengaruh

kimia. Serat sintetis diantanya adalah poliamid (nilon, kapron,

42

silon, dedron), serat polyester (lavsan, terilin, tetron, dakron),

seratpolistirin (PVC).

Bahan berserat anorganik : Asbes dan Fiberglass

E. BAHAN ISOLASI MINERAL

Bahan isolasi mineral diperoleh dari tambang dan

digunakan sebagai isolasi pada ikatan kimia atau keadaan

alaminya tanpa proses kimia atau termal sebelumnya.

Jenis-jenis bahan isolasi minerlal:

Mika

Mikanit

Mikanit komutator

Mikanit lempengan

Mikanit cetakan

Kertas mika

Mikanit fleksibel

Pita mika

Marmer

Batu tulis

Klorida

F. BAHAN ISOLASI PLASTIK

43

Plastik adalah bahan sintetis yang dapat dibentuk dengan

pemanasan dan dapat diperkeras bergantung pada strukturnya.

Bahan isolasi plastic terdiri dari :

NYA

NYM

NYY

Mikaleks

Karet

1. Karet butadin

2. Karet butil

3. Karet polichloropen

4. Karet silicon

G. BAHAN ISOLASI SERAT OPTIK

Sebagaimana namanya maka serat optik (fiber optic)

dibuat dari gelas silika dengan penampang berbentuk lingkaran

atau bentuk-bentuk lainnya. Pembuatan serat optik (fiber optic)

dilakukan dengan cara menarik bahan gelas kental-cair sehingga

dapat diperoleh serabut atau serat gelas dengan penampang

tertentu. Proses ini dikerjakan dalam keadaan bahan gelas yang

panas. Yang terpenting dalam pembuatan serat optik (fiber

44

optic) adalah menjaga agar perbandingan relatif antara

bermacam lapisan tidak berubah sebagai akibat tarikan. Proses

pembungkusan seperti pemberian bahan pelindung atau proses

pembuatan satu ikat kabel yang terdiri atas beberapa buah

hingga ratusan kabel pengerjaannya tidak berbeda dengan

pembuatan kabel biasa.

Perkembangan terakhir, pemakaian serat optic sebagai

saluran tranmisi komunikasi jarak jauh lebih menguntungkan

jika dibandingkan dengan transmisi konvensional, antara lain:

saluran 2 kawat sejajar kabel koaksial.

Serat optik (fiber optic) adalah suatu pemandu gelombang cahaya

(light wave guide) yang berupa suatu kabel tembus pandang

(transparant), yang mana pemampang dari kabel tersebut terdiri dari

dua bagian, yaitu : bagian tengah yang disebut “Core” dan bagian

luar yang disebut “Cladding”. Cladding pada serat optik

membungkus atau mengelilingi Core. Adapun bentuk pemampang

dari core dapat bermacam-macang, antara lain : pipih, segi tiga, segi

empat, segi banyak atau berbentuk lingkaran.

45

BAB IVISOLASI PADAT

4.1 Umum

Dalam teknik tegangan tinggi, fungsi yang paling utama

dari suatu bahan isolasi adalah untuk mengisolasi konduktor

yang membawa tegangan terhadap yang lainnya sama baiknya

terhadap tanah. Dan sebagai tambahannya, harus sering

melakukan fungsi mekanis dan harus mampu menahan

penekanan termal dan kimia. Serta juga memiliki daya tahan

yang lama atau usia daya tahannya di bawah jenis-jenis

penekanan yang bervariasi yang dihadapi dalam praktek sebagai

pertimbangan penentuan aplikasi ekonomis.

Bahan dielektrik padat digunakan pada hampir seluruh

rangkaian listrik dan peralatan listrik untuk mengisolir bagian-

bagian pembawa arus dari bagian lainnya. Bahan dielektrik

padat yang baik harus mempunyai rugi-rugi dielektrikum yang

46

rendah, kekuatan mekanis yang tinggi, bebas dari kemungkinan

pembentukan gas dan debu, dan tahan terhadap perubahan

temperatur dan pengaruh kimia.

Isolasi padat mempunyai kekuatan tegangan tembus

yang tinggi dibandingkan dengan isolasi cair dan gas. Studi

yang paling penting dalam teknik isolasi adalah studi tegangan

tembus dari dielektrikum padat. Jika terjadi tembus, maka

isolasi padat akan rusak secara permanen sedangkan pada isolasi

gas akan kembali ke sifatnya semula dan pada isolasi cair

sebagian akan kembali ke sifatnya semula dan sebagian lainnya

tidak.

4.2 Kekuatan Dielektrik

Salah satu tujuan dari pengujian tegangan tinggi adalah

untuk meneliti sifat-sifat elektris dielektrik bahan yang telah

dipakai sebagai bahan isolasi peralatan listrik maupun yang

masih dalam tahap penelitian. Adapun sifat-sifat elektrik bahan

dielektrik adalah :

1. Kekuatan Dielektrik

47

2. Konduktansi

3. Rugi-rugi Dielektrik

4. Tahanan Isolasi, dan

5. Peluahan Parsial

Dalam tulisan ini sifat elektrik yang akan dibahas adalah

sifat kekuatan dielektrik bahan isolasi. Suatu bahan dielektrik

tidak mempunyai elektron bebas, tetapi mempunyai elektron-

elektron yang terikat pada inti atom unsur yang membentuk

dielektrik tersebut. Pada Gambar 2.1 diperlihatkan suatu bahan

dielektrik yang ditempatkan di antara dua elektroda piring

sejajar. Bila elektroda diberi tegangan searah, maka timbul

medan elektrik (E) di dalam dielektrik. Medan elektrik ini

memberi gaya kepada elektron-elektron agar terlepas dari

ikatannya dan menjadi elektron bebas. Dengan kata lain, medan

elektrik merupakan suatu beban bagi dielektrik yang menekan

dielektrik agar berubah menjadi konduktor.

Beban yang dipikul dielektrik ini disebut juga terpaan medan

elektrik (Volt/cm). Setiap dielektrik mempunyai batas kekuatan

untuk memikul terpaan elektrik.

48

Gambar 4.1 Terpaan Elektrik Dalam Dielektrik

Jika terpaan elektrik yang dipikulnya melebihi batas

yang diizinkan dan berlangsung cukup lama, maka dielektrik

akan menghantarkan arus atau gagal melaksanakan fungsinya

sebagai isolator. Dalam hal ini dielektrik dikatakan tembus

listrik atau "breakdown". Terpaan elektrik tertinggi yang dapat

dipikul suatu dielektrik tanpa menimbulkan dielektrik tembus

listrik disebut kekuatan dielektrik.

49

Tidak selamanya terpaan elektrik dapat menimbulkan

tembus listrik, tetapi ada dua syarat yang harus dipenuhi, yaitu :

1. Terpaan elektrik yang dipikul dielektrik harus lebih besar

atau sama dengan kekuatan dielektriknya.

2. Lama terpaan elektrik berlangsung lebih besar atau sama

dengan waktu tunda tembus dari dielektrik.

Yang dimaksud dengan waktu tunda tembus (time lag)

adalah waktu yang dibutuhkan sejak mulai terjadinya ionisasi

sampai terjadinya tembus listrik. Untuk tegangan sinusoidal

frekuensi daya dan untuk tegangan searah syarat kedua di atas

tidak berlaku, karena waktu puncak tegangan berlangsung dalam

orde mili detik sedangkan waktu tunda tembus listrik ordenya

dalam mikro detik. Tetapi untuk tegangan impuls yang

durasinya dalam orde mikro detik kedua syarat tersebut harus

dipenuhi. Untuk tegangan impuls sekalipun tegangan yang

diberikan telah menimbulkan terpaan elektrik yang lebih besar

dari kekuatan dielektrik, masih ada kemungkinan dielektrik

tidak tembus. Kemungkinan ini terjadi jika terpaan elektrik yang

melebihi kekuatan dielektrik itu berlangsung lebih singkat dari

waktu tunda tembus listrik.

50

Lamanya waktu tunda tembus listrik tidak merata, oleh

karena itu ditentukan dengan statistik, sehingga terpaan elektrik

yang menimbulkan tembus listrik dinyatakan dalam suatu harga

statistik, yaitu harga yang memberikan probabilitas tembus 50

%. Tegangan yang menyebabkan dielektrik tembus listrik

disebut tegangan tembus atau breakdown voltage.

4.3 Dielektrik Padat dan Proses Kegagalannya

Atom-atom yang menyusun zat padat terikat kuat satu

sama lain. Keistimewaan yang paling menyolok dari

kebanyakan zat padat adalah atom-atomnya (atau grup-grup

atom) yang tersusun oleh sebuah derajat tinggi dari urutan pola

yang berulang-ulang yang teratur dalam tiga dimensi yang

disebut kristalin. Zat padat yang atom-atomnya disusun dalam

sebuah model yang tidak beraturan disebut non-kristalin atau tak

berbentuk. Oleh karena sebagian besar dari sistem pengisolasian

komersial adalah zat padat, studi kegagalan dielektrik padat

menjadi sangat penting pada studi isolasi.

Penerapan medan elektrik yang tinggi pada material

dielektrik padat dapat menyebabkan gerakan pembawa muatan

51

bebas, injeksi muatan dari elektroda-elektroda, penggandaan

muatan, formasi ruang muatan dan disipasi energi dalam

material. Oleh karena kondisi-kondisi tersebut, yang dapat

terjadi secara tunggal atau kombinasi, maka akhirnya mengacu

pada material mengalami kegagalan elektris yang disebut juga

breakdown.

Pada prinsipnya dan dalam kondisi percobaan tertentu,

mekanisme kegagalan dalam zat padat sama dengan proses yang

terjadi pada gas dan udara. Perbedaannya, kegagalan dalam zat

padat sedikit lebih rumit, karena ada mekanisme kegagalan yang

tidak dijumpai pada kegagalan gas. Nilai suatu zat padat

tergantung dari cara dan kondisi pengukuran.

Mekanisme kegagalan pada zat padat merupakan

mekanisme yang rumit dan tergantung pada lama diterapkannya

tegangan pada material dielektrik tersebut seperti ditunjukkan

pada Gambar 2.2. Mekanisme tersebut adalah sebagai berikut :

1. kegagalan asasi (intrinsik)

2. kegagalan elektromekanik

3. kegagalan streamer

4. kegagalan termal

52

5. kegagalan erosi

Gambar 4.2 Variasi tegangan tembus dan mekanisme kegagalan

dengan waktu penerapan tegangan

4.3.1 Kegagalan Asasi (Intrinsik)

53

Kegagalan asasi atau kegagalan intrinsik adalah

kegagalan yang berasal dari atau disebabkan oleh jenis dan suhu

bahan, dengan mengabaikan pengaruh faktor-faktor luar seperti

tekanan, bahan elektroda, ketidakmurnian, kantong-kantong

udara. Kegagalan ini terjadi jika tegangan yang diterapkan pada

bahan dinaikkan sehingga tekanan listriknya mencapai nilai

tertentu, yaitu 106 Volt/cm dalam waktu yang sangat singkat (10-

8 detik). Kegagalan intrinsik ini merupakan bentuk kegagalan

yang paling sederhana.

4.3.2 Kegagalan Elektromekanik

Kegagalan elektromekanik terjadi disebabkan oleh

adanya perbedaan polaritas antara elektroda yang mengapit

isolasi padat. Jika pada isolasi padat tersebut diberikan tegangan

dengan polaritas yang berbeda, maka akan timbul tekanan

(stress) listrik pada bahan tersebut yang dilanjutkan dengan

timbulnya tekanan (pressure) mekanis. Tekanan mekanis ini

terjadi akibat gaya tarik menarik F antar kedua elektroda

tersebut seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3 untuk tekanan

54

listrik sebesar 106 Volt/cm dan akan dihasilkan tekanan mekanis

sebesar 2-6 kg/cm2.

4.3.3 Kegagalan Streamer

Jika diterapkan tegangan V pada zat padat yang terapit

oleh elektroda bola-bidang, maka pada medium yang

berdekatan, misalnya gas atau udara, akan timbul tegangan. Gas

yang mempunyai permitivitas yang lebih rendah dari zat padat

akan mengalami tekanan listrik yang besar. Akibatnya, gas atau

udara tersebut akan mencapai kekuatan asasinya. Karena

kegagalan tersebut maka akan jatuh sebuah muatan pada

permukaan zat padat, sehingga medan yang tadinya seragam

akan terganggu. Konsentrasi muatan pada ujung pelepasan ini

dalam keadaan tertentu mengakibatkan timbulnya medan lokal

yang cukup tinggi (sekitar 10 MV/cm). Karena medan ini lebih

besar dari kekuatan intrinsik, maka akan terjadi kegagalan pada

zat padat tersebut. Proses kegagalan pada zat padat ini terjadi

sedikit demi sedikit sehingga akhirnya zat padat gagal

seluruhnya.

4.3.4 Kegagalan Termal

55

Bila suatu medan diterapkan dalam suatu zat padat pada

suhu normal, maka arus konduksi akan terjadi dalam bahan pada

umumnya kecil. Dalam hal ini tidak akan terjadi apa dalam zat

padat, walaupun E sudah cukup besar. Panas yang dibangkitkan

oleh arus sebagian akan disalurkan keluar dan sebagian akan

digunakan untuk menaikkan suhu badan. Tetapi, jika kecepatan

pembangkitan panas di suatu titik dalam bahan melebihi laju

pembuangan panas keluar, maka akan terjadi keadaan yang tidak

stabil dan pada suatu saat bahan akan mengalami kegagalan.

Kegagalan ini disebut kegagalan termal.

4.3.5 Kegagalan Erosi

Terjadinya kegagalan erosi disebabkan oleh keadaan zat

isolasi padat yang tidak sempurna. Ketidaksempurnaan tersebut

misalnya berupa lubang-lubang atau rongga-rongga dalam

bahan isolasi tersebut (Gambar 2.4), sehingga akan terisi oleh

gas atau cairan yang kekuatan gagalnya lebih rendah daripada di

dalam zat padat. Di samping itu, konstanta dielektrik di dalam

rongga sering lebih rendah daripada dalam zat padat sehingga

intensitas medan dalam rongga lebih besar daripada intensitas

dalam zat padat. Oleh karena itu, mungkin saja akan terjadi

56

tegangan kegagalan di dalam rongga tersebut, meskipun pada

waktu itu diterapkan tegangan kerja normal pada zat padat.

Pada waktu gas dalam rongga gagal, permukaan zat isolasi padat

merupakan katoda anoda. Benturan-benturan elektron pada

anoda akan mengakibatkan terlepasnya ikatan kimiawi zat

padat. Demikian pula, pemboman katoda oleh ion-ion positif

akan mengakibatkan rusaknya zat isolasi padat karena kenaikan

suhu, yang kemudian mengakibatkan ketakstabilan termal.

Keadaan ini menyebabkan dinding zat padat lama kelamaan

rusak, rongga menjadi makin besar dan zat padat bertambah

57

tipis. Proses ini disebut erosi dan kegagalan yang

diakibatkannya disebut kegagalan erosi.

BAB IISOLASI GAS

Isolator adalah salah satu komponen terpenting yang harus di

ketahui dalam hal keelektonikaan. Isolator terbagi atas beberapa

macam salah satunya yaitu isolator gas.

Pada umumnya isolator gas digunakan sebagai media isolasi dan

penghantar panas. Beberapa hal yang perlu diperhatikan pada

isolator gas ini adalah ketidakstabilan temperatur,

ketidaknormalan sifat kedielektrikan pada tekanan yang tinggi

dan resiko ledakan dari gas yang digunakan.

Berdasarkan kekuatan dielektrik,rugi-rugi dielektrik, stabilitas

kimia,korosi, dll, isolator gas dapat diklasifikasikan menjadi :

1. Gas sederhana, contohnya :

a. Udara

58

b. Nitrogen

c. Helium

d. Hidrogen ,

dan lain-lain

2. Gas Oksida, contohnya :

a. Gas karbondioksida

b. Gas Sulphur dioksida

3. Gas Hidrokarbon, contohnya :

a. Methana

b. Ethana

c. Propana

dan lain-lain

4. Gas Elektronegatif, contohnya :

a. Gas Sulphur hexaflorida

b. CH2Cl2

59

Dalam pemilihan jenis isolator gas yang dipergunakan, perlu

diperhatikan sifat dari kedielektrikan gas yang digunakan pada

temperatur dan tekanan dimana gas tersebut akan digunakan

sebagai media isolasi.

Beberapa sifat dari isolator gas sebagai media isolasi yang perlu

diperhatikan antara lain yaitu :

1. Sifat Kelistrikan, yang mencakup antara lain :

a. Tahanan isolasi

b. Kekuatan Dielektrik

c. Faktor Daya

d. Konstanta Dielektrik

e. Rugi-rugi dielektrik

2. Temperatur,

3. Sifat Kimia, dan

4. Sifat Mekanis

a. kerapatan volume

60

b. viskositas

c. absorpsi kelembaman

d. tekanan permukaan,dll

Mekanisme Kegagalan Isolasi Gas Dalam mekanisme tembus

listrik bahan isolasi,ada beberapa peristiwa/proses yang berperan

di dalamnya, antara lain :

a. Ionisasi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari ikatan atom

netral sehingga menghasilkan satu elektron bebas dan ion positif

b. Deionisasi, yaitu peristiwa dimana satu ion positif menangkap

elektron bebas sehingga ion positif tersebut menjasi atom netral

c. Emisi, yaitu peristiwa terlepasnya elektron dari permukaan

logam menjasi elektron bebas Proses dasar dalam kegagalan

isolasi gas adalah ionisasi benturan oleh elektron.

Ada dua jenis proses dasar yaitu :

• Proses primer, yang memungkinkan terjadinya banjiran

elektron

• Proses sekunder, yang memungkinkan terjadinya peningkatan

banjiran elektron

61

Saat ini dikenal dua mekanisme kegagalan gas yaitu :

• Mekanisme Townsend

• Mekanisme Streamer

1. Mekanisme Kegagalan Townsend

Pada proses primer, elektron yang dibebaskan bergerak cepat

sehingga timbul energi yang cukup kuat untuk menimbulkan

banjiran elektron. Jumlah elektron Ne pada lintasan sejauh dx

akan bertambah dengan dNe, sehingga elektron bebas tambahan

yang terjadi Ne.dx . Ternyata jumlah elektron bebas α dalam

lapisan dx adalah dNe = dNe yang bertambah akibat proses

ionisasi sama besarnya dengan jumlah Ne.(t).dt; α ion positif

dN+ baru yang dihasilkan, sehingga dNe = dN+ = dimana :

α : koefisien ionisasi Townsend

dN+ : jumlah ion positif baru yang dihasilkan Ne : jumlah total

elektron

Vd : kecepatan luncur elektron

konstan,Ne = N0, x = α Pada medan uniform,x α ε Ο

sehinggaNe = NO Jumlah elektron yang menumbuk anoda per ε

62

detik sejauh d dari katoda sama dengan jumlah ion positif yaitu

N+ = N0 x α

Jumlah elektron yang meninggalkan katoda dan mencapai anoda

adalah :

Arus ini akan naik terus sampai terjadi peralihan menjadi

pelepasan yang bertahan sendiri. Peralihan ini adalah percikan

dan dα ε diikuti oleh perubahan arus dengan cepat dimana

karena >> d secara teoritis menjadi tak terhingga, tetapi α ε O

À1 maka dalam praktek hal ini dibatasi oleh impedansi

rangkaian yang menunjukkan mulainya percikan.

2. Mekanisme Kegagalan Streamer

Ciri utama kegagalan streamer adalah postulasi sejumlah besar

foto ionisasi molekul gas dalam ruang di depan streamer dan

pembesaran medan listrik setempat oleh muatan ruang ion pada

ujung streamer. Muatan ruang ini menimbulkan distorsi medan

dalam sela. Ion positif dapat dianggap stasioner dibandingkan

elektron-elektron yang begerak cepat dan banjiran elektron

terjadi dalam sela dalam awan elektron yang membelakangi

muatan ruang ion positif. Medan Er yang dihasilkan oleh

muatan ruang ini pada jari jari R adalah :

63

Pada jarak dx, jumlah pasangan x dx sehingga : α ε α elektron

yang dihasilkan adalah R adalah √jari jari banjiran setelah

menempuh jarak x, dengan rumus diffusi R= (2Dt). Dimana t =

x/V sehingga

dimana :

N : kerapatan ion per cm2, e : muatan elektron ( C ), 0 :

permitivitas ruang bebas,ε R : jari jari (cm), V : kecepatan

banjiran, dan D : koefisien diffusi.

Udara

Udara merupakan bahan isolasi yang mudah didapatkan,

mempunyai tegangan tembus yang cukup besar yaitu sekitar 30

kV/cm. kalau dua buah elektroda yang dipisahkan dengan udara

mempunyai beda potensial yang tinggi yaitu tegangan yang

melebihi tegangan tembus, maka akan timbul loncatan bunga

api. Bila tegangan itu dinaikkan lagi, maka akan terjadi busur

api. Besarnya tegangan tembus dipengaruhi oleh tekanan udara.

Secara umum,makin besar tekanannya, main besar pula

tegangan tembusnya. Tetapi pada keadaan pakemjustru tegangan

tembus akan menjadi lebih besar. Keadaan yang demikian inilah

yang justru digunakan atau diterapkan pada peralatan listrik.

64

Sulphur Hexa Fluorida

Sulphur Hexa Fluorida (SF6) merupakan suatu gas bentukan

antara unsur sulphur dengan fluor dengan reaksi eksotermis :

S + 3 F2 SF6 + 262 kilo kalori

Sampai saat ini SF6 merupakan gas terberat yang mempunyai

massa jenis 6.139 kg/m3 yaitu sekitar 5 kali berat udara pada

suhu 00 celcius dan tekanan 1 atmosfir.

Sifat dari SF6 sebagai media pemadam busur api dan

relevansinya pada sakelar pemutus beban adalah :

a. Hanya memerlukan energi yang rendah untuk

mengoperasikan mekanismenya. Pada prinsipnya, SF6 sebagai

pemadam busur api adalah tanpa memerlukan energi untuk

mengkompresikannya, namun semata-mata karena pengaruh

panas busur api yang terjadi.

b. Tekanan SF6 sebagai pemadam busur api maupun sebagai

pengisolasi dapat dengan mudah dideteksi

c. Penguraian pada waktu memadamkan busur api maupun

pembentukannya kembali setelah pemadaman adalah

menyeluruh

65

d. Relatif mudah terionisasi sehingga plasmanya pada CB

konduktivitas tetap rendah dibandingkan pada keadaan dingin.

Hal ini mengurangi kemungkinan busur api tidak stabil dengan

demikian ada pemotongan arus dan menimbulkan tegangan

antar kontak.

e. Karakteristik gas SF6 adalah elektro negatif sehingga

penguraiannya menjadikan dielektriknya naik secara bertahap

f. Transien frekuensi yang tinggi akan naik selama operasi

pemutusan dan dengan adanya hal ini busur api akan

dipadamkan pada saat nilai arusnya rendah.

Dibawah ini terdapat pendapat beberapa ahli tentang isolator

gas. Yaitu Brophy, John R. (Valencia, CA), dkk.

1. Sebuah isolator tegangan tinggi gas yang terdiri dari: elemen

pertama memiliki bahan dielektrik sumbu dan membentuk inti

dengan sebagian besar permukaan luar silinder berpusat pada

kata kata sumbu inti mempunyai dasar memperluas permukaan

inti dalam pesawat secara substansial tegak lurus terhadap

sumbu . kedua berbentuk cangkir sebagian besar unsur bahan

dielektrik yang mencakup lengan baju yang erat kata

mengelilingi inti dan secangkir dasar dengan permukaan yang

66

menghadap upwardly yang terletak di bawah facewise kata

terhadap permukaan inti. kata inti memiliki substansial

memperluas lubang yang sejajar dengan sumbu untuk kata kata

bawah permukaan inti, kata sebuah alur di bawah permukaan

inti kata yang memanjang hingga ke permukaan silinder luar,

dan sebagian besar di kata alur heliks silinder yang memiliki

permukaan luar ujung bawah kata berkomunikasi dengan alur di

kata bawah permukaan inti dan ujung atas yang berlawanan dan

berarti termasuk elemen konduktif listrik, membentuk lorong-

lorong berkomunikasi dengan kata inti lubang dan ujung atas

kata sebagian besar alur heliks, untuk melewati therethrough

gas.

2. Sebuah isolator tegangan tinggi gas yang terdiri dari: elemen

pertama yang mencakup inti bahan dielektrik memiliki silinder

pinggiran dan memiliki berseberangan termasuk bagian bawah.

elemen kedua yang meliputi bahan dielektrik lengan memiliki

lubang silinder diameter yang sama seperti kata inti dan yang

erat kata menerima inti, kata membentuk elemen kedua dari

bawah permukaan di bagian bawah kata lubang, ujung bawah

kata inti berbohong facewise melawan kata bawah permukaan.

kata inti memiliki alur heliks secara substansial di pinggiran,

67

membentuk sebagian besar kata heliks bagian antara inti dan

lengan, kata heliks bagian atas dan bawah memiliki berakhir.

kata inti memiliki sumbu silinder berpusat pada periferal dan

mengatakan sebagian besar inti memiliki lubang vertikal dengan

memperluas atas kata yang sejajar dengan sumbu untuk kata inti

bagian bawah, kata bagian bawah kata heliks kata bagian inti

berbaring di bagian bawah, dan berkata inti telah alur di bagian

bawah kata inti yang memanjang dari kata vertikal dasar lubang

untuk kata akhir kata heliks bagian. berarti membentuk lorong

digabungkan untuk kata atas kata akhir heliks bagian untuk

melewati gas yang melewati kata heliks bagian dan sepasang

masing-masing anggota konduktif listrik digabungkan ke

puncak kata lubang vertikal dan untuk berkata berarti

membentuk sebuah lorong

68

Bentuk Isolasi Gas

69

70

Contoh Isolasi Gas

BAB VIISOLASI CAIR

isolasi cair memiliki dua fungsi yaitu sebagai pemisah antara

bagian yang bertegangan dan juga sebagai pendingin  Sehingga

banyak digunakan pada peralatan seperti transformator, Pemutus

Tenaga, switch gear.

Mekanisme Ketembusan Isolasi Cair

Ada beberapa alasan mengapa isolasi cair digunakan, antara lain

yang pertama adalah isolasi cair memiliki kerapatan 1000 kali

atau lebih dibandingkan dengan isolasi gas, sehingga memiliki

kekuatan dielektrik yang lebih tinggi menurut hukum Paschen.

Kedua isolasi cair akan mengisi celah atau ruang yang akan

diisolasi dan secara serentak melalui proses konversi

menghilangkan panas yang timbul akibat rugi energi. Ketiga

isolasi cair cenderung dapat memperbaiki diri sendiri (self

71

healing) jika terjadi pelepasan muatan (discharge). Namun

kekurangan utama isolasi cair adalah mudah terkontaminasi.

Beberapa macam faktor yang diperkirakan mempengaruhi

ketembusan minyak transformator seperti luas daerah elektroda,

jarak celah (gap spacing), pendinginan, perawatan sebelum

pemakaian (elektroda dan minyak ), pengaruh kekuatan

dielektrik dari minyak transformator yang diukur serta kondisi

pengujian atau minyak transformator itu sendiri juga

mempengaruhi kekuatan dielektrik minyak transformator.

Ketembusan isolasi (insulation breakdown, insulation failure)

disebabkan karena beberapa hal antara lain isolasi tersebut

sudah lama dipakai, berkurangnya kekuatan dielektrik dan

karena isolasi tersebut dikenakan tegangan lebih. Pada

prinsipnya tegangan pada isolator merupakan suatu tarikan atau

tekanan (stress) yang harus dilawan oleh gaya dalam isolator itu

sendiri agar supaya isolator tidak tembus. Dalam struktur

molekul material isolasi, elektronelektron terikat erat pada

molekulnya, dan ikatan ini mengadakan perlawanan terhadap

tekanan yang disebabkan oleh adanya tegangan. Bila ikatan ini

putus pada suatu tempat maka sifat isolasi pada tempat itu

hilang. Bila pada bahan isolasi tersebut diberikan tegangan akan

72

terjadi perpindahan elektron-elektron dari suatu molekul ke

molekul lainnya sehingga timbul arus konduksi atau arus bocor.

Karakteristik isolator akan berubah bila material tersebut

kemasukan suatu ketidakmurnian (impurity) seperti adanya

arang atau kelembaban dalam isolasi yang dapat menurunkan

tegangan tembus.

Sifat-Sifat Listrik Cairan Isolasi

Sifat sifat listrik yang menentukan unjuk kerja cairan sebagai

isolasi adalah:

- Withstand Breakdown kemampuan untuk tidak mengalami

ketembusan dalam kondisi tekanan listrik (electric stress ) yang

tinggi.

- Kapasitansi Listrik per unit volume yang menentukan

permitivitas relatifnya. Minyak petroleum merupakan subtansi

nonpolar yang efektif karena merupakan campuran cairan

hidrokarbon. Minyak ini memiliki permitivitas kira-kira 2 atau

2.5 . Ketidak bergantungan permitivitas subtansi nonpolar pada

frekuensi membuat bahan ini lebih banyak dipakai dibandingkan

dengan bahan yang bersifat polar. Misalnya air memiliki

73

permitivitas 78 untuk frekuensi 50 Hz, namun hanya memiliki

permitivitas 5 untuk gelombang mikro.

- Faktor daya: Faktor dissipasi daya dari minyak dibawah

tekanan bolak balik dan tinggi akan menentukan unjuk kerjanya

karena dalam kondisi berbeban terdapat sejumlah rugi rugi

dielektrik. Faktor dissipasi sebagai ukuran rugi rugi daya

merupakan parameter yang penting bagi kabel dan kapasitor.

Minyak transformator murni memiliki faktor dissipasi yang

bervariasi antara 10-4 pada 20oC dan 10-3 pada 90oC pada

frekuensi 50 Hz.

- Resistivitas: Suatu cairan dapat digolongkan sebagai isolasi

cair bila resitivitasnya lebih besar dari109 W-m. Pada sistem

tegangan tinggi resistivitas yang diperlukan untuk material

isolasi adalah 1016 W-m atau lebih. (W=ohm) Berdasarkan

standar yang dikeluarkan oleh ASTM yakni dalam standar D-

877 disebutkan bahwa suatu bahan isolasi harus memiliki

tegangan tembus sebesar kurang lebih 30 kV untuk lebar sela

elektroda 1 mm, dengan kata lain kekuatan dielektrik bahan

isolasi kurang lebih 30 kV/mm. Sedangkan menurut standar

ASTM D-1816 suatu bahan isolasi harus mampu menahan

74

tegangan sebesar 28 kV untuk suatu lebar sela elektroda sebesar

1,2 mm. Standar ini merupakan standar yang diterima secara

internasional dan harus dipenuhi oleh suatu bahan yang

dikategorikan sebagai suatu bahan isolasi.

Kegagalan Pada Isolasi Cair (Minyak)

Karakteristik pada isolasi minyak trafo akan berubah jika terjadi

ketidakmurnian di dalamnya. Hal ini akan mempercepat

terjadinya proses kegagalan. Faktor-faktor yang mempengaruhi

kegagalan isolasi antara lain adanya partikel padat, uap air dan

gelembung gas.

Mekanisme Kegagalan Isolasi Cair

Teori mengenai kegagalan dalam zat cair kurang banyak

diketahui dibandingkan dengan teori kegagalan gas atau zat

padat. Hal tersebut disebabkan karena sampai saat ini belum

didapatkan teori yang dapat menjelaskan proses kegagalan

dalam zat cair yang benar-benar sesuai antara keadaan secara

teoritis dengan keadaan sebenarnya. Teori kegagalan zat isolasi

cair dapat dibagi menjadi empat jenis sebagai berikut:

a. Teori Kegagalan Elektronik

75

Teori ini merupakan perluasan teori kegagalan dalam gas,

artinya proses kegagalan yang terjadi dalam zat cair dianggap

serupa dengan yang terjadi dalam gas. Oleh karena itu supaya

terjadi kegagalan diperlukan elektron awal yang dimasukkan

kedalam zat cair. Elektron awal inilah yang akan memulai

proses kegagalan.

b. Teori Kegagalan Gelembung

Kegagalan gelembung atau kavitasi merupakan bentuk

kegagalan zat cair yang disebabkan oleh adanya gelembung-

gelembung gas di dalamnya.

c. Teori Kegagalan Bola Cair

Jika suatu zat isolasi mengandung sebuah bola cair dari jenis

cairan lain, maka dapat terjadi kegagalan akibat ketakstabilan

bola cair tersebut dalam medan listrik. Medan listrik akan

menyebabkan tetesan bola cair yang tertahan didalam minyak

yang memanjang searah medan dan pada medan yang kritis

tetesan inimenjadi tidak stabil. Kanal kegagalan akan menjalar

dari ujung tetesan yang memanjang sehingga menghasilkan

kegagalan total.

d. Teori Kegagalan Tak Murnian Padat

76

Kegagalan tak murnian padat adalah jenis kegagalan yang

disebabkan oleh adanya butiran zat padat (partikel) didalam

isolasi cair yang akan memulai terjadi kegagalan.

Macam-Macam Isolator Cair

Minyak transformator

Minyak transformator adalah minyak mineral yang diperoleh

dengan pemurnian minyak mentah. Dalam pemakaiannya,

minyak ini karena pengaruh panas dari rugi-rugi di dalam

transformator akan timbul hidrokarbon.

Sebagian besar dari transformator tenaga memiliki kumparan-

kumparan yang intinya direndam dalam minyak transformator,

terutama pada transformator-transformator tenaga yang

berkapasitas besar, karena minyak transformator mempunyai

sifat sebagai media pemindah panas (disirkulasi) dan juga

berfungsi pula sebagai isolasi (memiliki daya tegangan tembus

tinggi) sehingga berfungsi sebagai media pendingin dan isolasi.

77

Selain berasal dari minyak mineral, minyak transformator dapat

pula dibuat dari bahan organic, misalnya: minyak  trafo piranol,

silikon. Sebagai bahan isolasi, minyak transformator harus

mempunyai tegangan tembus yang tinggi.

Minyak transformator harus memenuhi persyaratan, yaitu:

• kekuatan isolasi tinggi

• penyalur panas yang baik, berat jenis yang kecil, sehingga

partikel-partikel dalam minyak dapat mengendap dengan cepat

• viskositas yang rendah, agar lebih mudah bersirkulasi dan

memiliki kemampuan pendinginan menjadi lebih baik

• titik nyala yang tinggi dan tidak mudah

• tidak merusak bahan isolasi padat

• sifat kimia yang stabil

Kegunaan minyak trafo adalah selain untuk bahan isolasi juga

sebagai media pendingin antara kumparan kawat atau inti besi

dengan sirip pendingin. Agar minyak trafo berfungsi dengan

baik, kualitas minyak harus sesuai dengan standar kebutuhan,

ditunjukkan pada tabel 1

78

Tabel 1. Spesifikasi Minyak Isolasi Baru.

79

Untuk minyak isolasi pakai berlaku untuk transformator

berkapasitas > 1 MVA atau bertegangan >30 kV sifatnya seperti

ditunjukkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Spesifikasi Minyak Isolasi Pakai.

Jarak elektroda dibuat 2,5 cm, sedangkan tegangannya dapat

diatur dengan menggunakan auto transformator sehingga dapat

80

diketahui tengan sebelum saat terjadinya kegagalan isolasi yaitu

terjadinya loncatan bunga api. Loncatan bunga api dapat dilihat

lewat lubang yang diberi kaca. Selain itu dapat dilihat dari

voltmeter tegangan tertinggi sebelum terjadinya kegagalan

isolasi (karena setelah terjadinya kegagalan isolasi voltmeter

akan menunjukkan harga nol).

Proses pemurnian minyak transformator

Minyak transformator dapat dikotori oleh uap air, fiber

(misalnya: kertas, kayu, tekstil), dammar dsb. Hal ini dapat

mempengaruhi kemurnian minyak transformator. Bentuk dari

pengotoran dapat bermacam-macam yaitu: meleleh dan

mencairnya bahan-bahan yang digunakan di dalam

transformator, partikel-partikel yang mengendap di dasar tangki,

pada belitan atau pada intinya. Dengan adanya pengotoran maka

tegangan tembus minyakakan menurun dan ini berarti

mengurangi atau menurunnya umur pemakaian minyak.

Akhir-akhir ini usaha memperlambat terjadinya penurunan

tegangan tembus minyak transformator untuk pemakaian pada

transformator yang bertegangan kerja tinggi dan dayanya besar,

ruangan yang terdapat di atas permukaan minyak diisi bdengan

gas murni (biasanya nitrogen).

81

Cara lain untuk memperpanjang umur minyak transformator

adalah dengan mencampurkan senyawa tertentu antara lain:

paraoksi diphenilamin. Senyawa tersebut dimasukan ke dalam

minyak transformtor yang telah dipanasi 80˚ hingga 85˚C.

campuran tersebut konsentrasinya dibuat 0,1% dan selanjutnya

didinginkan. Minyak transformator yang sudah diberi senyawa

paraoksi dipenilamin akan berwarna kemerah-merahan.

a. Pemanasan

Pada cara ini minyak transformator dipanasi hingga titik didih

air pada perangkat khusus yang disebut Penggodok minyak (Oil

Boiler). Air yang yang terkandung di dalam minyak akan

menguap.

Cara ini dianggap sebagai cara yag paling sederhana dalam hal

pemurnian minyak transformator. Dengan cara ini bahan-bahan

pencemar padat, misalnya: fiber, jelaga: akan tetap tinggal di

dalam minyak. Apabila pemanasan tersebut mendekati titik

penguapan minyak, akan menyebabkan umur minyak berkurang.

Namun hal ini dapat diiatasi dengan cara memanaskan minyak

di tempat pakem, sehingga air akan menguap pada suhu yang

relative rendah. Namun demikian pencemar selain air akan tetap

tinggal di dalam minyak.

82

b. Penyaringan

Pada metode ini digunakan kertas khusus untuk menyaring

minyak yang tercemar. Untuk mempercepat waktu penyaringan,

digunakan tekanan. Air yang terkandung dalam ninyak

transformator diserap dengan kertas higriskopis. Dengan cara ini

baik air maupun partikel-partikel pencemar lainnya akan

tersaring sekaligus.

Untuk menambah output mesin penyaring, minyak dipanasi 40˚

hingga 45˚C sehingga viskositas minyak menurun dan dengan

demikian makin memudahkan penyaringan.

Normalnya, minyak yang akan disaring dimasukkan ke filter

atau penyaring dengan tekanan 3 hingga 5 atmosfir. Biasanya

penyaring diganti setelah digunakan selama 4 jam, tetapi bila

minyaknya sangat kotor, penggantiannya dilakukan setiap 0,5

hingga 1 jam.

c. Pemusingan

Pencemaran minyak transformator misalnya: fiber, karbon

maupun lumpur adalah lebih besar daripada minyak

transformator sehingga kotoran-kotoran tersebut suatu saat

83

mengendap dan mudah dipisahkan secara kasar. Untuk

mempercepat proses pemisahan, maka minyak dipanaskan 45˚

hingga 55˚ di dalam suatu tabung dan kemudian diputar atau

dipusing dengan cepat. Karena gaya  sentrifugal, maka subtansi

yang lebih berat akan berada di bagian pinggir bejana dan

minyaknya sendiri yang relative lebih ringan akan berada di

tengah bejana.

Bagian utama dari pemutar adalah sebuah silinder yang

memiliki lempengan-lempengan (hingga 50 buah). Lempengan-

lempengan tersebut berputar bersama-sama dengan poros.

d. Regenerasi

Pencemaran minyak transformtor seperti yang dijelaskan

sebelumnya. Pencemaran akan lebih dapat dihilangkan dengan

pemurnian khusus yaitu regenerasi.

Cara ini mengunakan absorben untuk regenarasi minyak

transformator. Dalam praktek, cara ini banyak digunakan

pembangkit-pembangkit tenaga listrik dan gardu-gardu induk.

Absorben adalah subtansi yang siap menyerap produk yang

diakibatkan oleh pemakaian dan kelembaban pada minyak

transformator. Regenerasi dengan absorben dapat lebih baik

84

hasilnya jika dilakukan setelah minyak ditambah dengan H2SO4.

Selanjutnya jika terjadi kelebihan asam dapat dinetralisir dengan

kalium hidroksida (KOH) dan kemudian minyaknya dicuci

dengan air yang dialirkan, ditambah dengan absorben dan

kemudian disaring.

Terdapat 2 cara untuk menambahjan absorben ke dalam minyak

transformator, yaitu:

-          Minyak dipanaskan dan dicampur dengan absorben yang

dipadatkan dan kemudian disaring. Cara atau metode ini disebut

Metode Sentuhan (Contact Method).

-          Minyak yang telah dipanasi dialikan melalui lapisan tipis

dari absorben yang disebut Metode Filtrasi.

Filtrasi penyerap untuk regenerasi minyak transfortor terdiri dari

sebuah silinder yang dilas dengan sebuah kawat kasa di

dasarnya, di sini penyerap dimasukkan ke dalam minyak

kemudian dialirkan melalui kawat kasa tersebut.

Lama kelamaan kawat kasa akan tersumbat partikel-partikel

halus dari absorben. Untuk membersihkan absorben yang

tersaring dan sisa-sisa minyak, silinder dapat dibalikkan atau

diputar 180˚.

85

Instalasi ini akan lebih efisien jika 10% sampai 20% absorben

dibuang dari dasar absorber dan ditambahkan absorben baru.

Dapat digunakan 2 absorber yang dikopel secara seri sehingga

minyak mengalir pada awal melalui absorber yang mash baru,

kemudian minyak dialirkan ke absorber yang berikutnya.

Absorber yang digunakan untuk regenerasi kebanyakan produk

buatan misalnya: silikagel, alumina atau tanah liat khusus.

ü  Perbandingan Tegangan Tembus Media Isolasi Minyak

Baru dan Minyak Bekas

Tegangan tembus pada isolasi minyak baru lebih besar

dibandingkan dengan isolasi minyak bekas. Hal ini disebabkan

karena pada minyak bekas terdapat kandungan partikel-partikel

dan uap air yang menyebabkan ketidakmurnian pada minyak.

Apabila jumlah partikel yang melayang pada minyak sangat

banyak, partikel-partikel tersebut akan  embentuk semacam

jembatan yang menghubungkan kedua elektroda sehingga

mengakibatkan terjadinya peristiwa kegagalan. Namun bila

hanya terdapat sebuah partikel, partikel tersebut akan membuat

perluasan area medan (local field enhancement) yang luasnya

ditentukan oleh bentuk partikel itu sendiri. Jika perluasan area

86

medan ini melebihi ketahanan benda cair, maka terjadilah

peristiwa kegagalan setempat (local breakdown) yaitu terjadi di

dekat

partikel-partikel asing tersebut. Hal ini akan membuat

terbentuknya gelembung-gelembung gas yang pada akhirnya

juga menyebabkan peristiwa kegagalan pada minyak tersebut.

Pada minyak bekas cenderung memiliki kadar uap air yang lebih

besar daripada minyak baru. Seperti telah dijelaskan sebelumnya

bahwa pada saat medan listrik yang tinggi, molekul uap air yang

terlarut memisah dari minyak dan terpolarisasi membentuk

suatu dipol. Jika jumlah molekul-molekul uap air benyak, maka

akan terbentuk kanal peluahan. Kanal ini akan merambat dan

memanjang sampai menghasilkan tembus listrik.

Ketidakmurnian ini sangat berpengaruh dalam kegagalan isolasi

sehingga pada minyak bekas akan lebih mudah

terjadi discharge dibandingkan dengan minyak baru karena

kekuatan isolasi minyak bekas sudah tidak sebagus minyak

baru.

Minyak Sintetis

Isolasi cairan sintetis yang banyak digunakan adalah cairan yang

berisi Chloor (hidrokarbon seperti difenil C10 H12) dimana 3

87

sampai 5 atom hydrogen diganti dengan atom Chloor. Bahan-

bahan ini di antaranya adalah: Sovol, Askarel, Araclor, Pyralen,

Shibanol.

Sovol

Sovol adalah cairan yang agak kental, tidak berwarna. Massa

jenisnya jauh lebih besar dari minyak transformator yaitu 1,5

g/cm3. Tegangan tembus sovol kurang lebih sama dengan

minyak transformator yaitu ± 20 kV/cm, sedangkan

permitivitasnya lebih tinggi.

Bahan sovol ditambah sedikit dengan Trichlorobenzena

(C8H3L3) untuk mengurangi kekentalannya diperoleh bahan baru

dengan nama Sovtol.

Salah satu manfaat penggunaan sovol dan sovtol adalah karena

pencampuran uapnya dengan udara tidak terbakar dan tidak

menyebabkan ledakan. Karena itu transformator yang diisi

dengan sovtol tidak mempunyai resiko kebakaran dan dapat

dipasang di dalam ruangan jika transformator minyak biasa

tidak memungkinkan dipasang.

Sovol dan sovtol tidak dapat digunakanuntuk bahan isolasi

pemutus, karena akibat adanya busur api pada waktu terjadinya

pemutusan akan menghasilkan karbon. Kekurangannya yang

88

lian, bahan ini adalah beracun, karena itu jika mengunakan

bahan ini harus diimbangi dengan ventilasi yang baik.

Minyak Silikon

Bahan ini lebih mahal harga daripada minyak transformator.

Tetapi mempunyai kelebihan antara lain sudut kerugian

dielektrik kecil, higroskopisitasnya dapat diabaikan dan

resistivitas panasnya relative tinggi. Massa jenis ±1 g/cm3,

permitivitas relatifnya 2,5; tan  0,OOO2 PADA 1000Hz, titik

nyala tidak kurang dari 145˚C, titik beku tidak lebih rendah dari

-60˚C.

Kekuatan Dielektrik Isolasi Cair

Kekuatan dielektrik merupakan ukuran kemampuan suatu

material untuk bisa tahan terhadap tegangan tinggi tanpa

berakibat terjadinya kegagalan. Kekuatan dielektrik ini

tergantung pada sifat atom dan molekul cairan itu sendiri.

Namun demikan dalam prakteknya kekuatan dielektrik

tergantung pada material dari elektroda, suhu, jenis tegangan

yang diberikan, gas yang terdapat dalam cairan dan sebagainya

yang dapat mengubah sifat molekul cairan. Dalam isolasi cairan

kekuatan dielektrik setara dengan tegangan kegagalan yang

terjadi.

89

Dalam upaya memberikan gambaran tentang kekuatan dielektrik

maka akan lebih memudahkan bila dua dielektrik seri ditinjau.

Dalam hal ini medan dianggap seragam, arus bocor diabaikan

dan konsentrasi fluks pada pinggiran juga diabaikan

Oleh karena perpindahan (displacement) netral sama, maka :

En1 En2 Dn1=Dn2

e1En1=e2En2

x1 x2 En1=(v1/x1) dan En2=(v2/x2)

e1, e2 adalah permitivitas

v1, v2 adalah tegangan tiap dielektrik

90

Jika n buah dielektrik dalam hubungan seri maka gradien atau

kuat medannya pada titik x adalah :

Jika terdapat lapisan udara, minyak dan padat yang tebalnya 0.5

inci dengan permitivitas masing-masing 1, 2 dan 4; tegangan

V=280 kV. Berdasarkan rumus diatas gradien tegangan udara

320 volt/mil, minyak 160 volt/mil dan bahan padat 80 volt/mil.

Oleh karena itu udara mulai gagal saat 54 volt/mil, minyak pada

saat 200 volt/mil dan bahan padat pada saat 25- - 300 volt/mil.

Pengujian Kualitas Minyak Transformator

1. Pengujian kekuatan elektrik minyak Transformator

Kekuatan listrik merupakan karakteristik penting dalam

material isolasi. Jika kekuatan listrik rendah minyak

91

transformator dikatakan memiliki mutu yang jelek. Hal

ini sering terjadi jika air dan pengotor ada dalam minyak

transformator. Pengujian perlu dilakukan untuk

mengetahui kegagalan minyak transformator.

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam melakukan

uji kegagalan ini antara lain:

Jarak elektroda 2.5 mm

Bejana dan elektroda harus benar-benar

kering dan bersih setiap sebelum

pengujian, elektroda harus dicuci dengan

minyak transformator yang akan diuji.

Minyak yang akan diuji harus diambil

dengan alat yang benar-benar bersih,

minyak pertama yang keluar dibuang

supaya kran-kran menjadi bersih. Minyak

lama pada waktu pertama alirannya

dibuang.

Botol tempat minyak transformator

ditutup dengan lilin supaya kotoran dan

uap air tidak masuk.

92

2. Pengujian Viskositas Minyak Transformator

Viskositas minyak adalah suatu hal yang sangat penting

karena minyak transformator yang baik akan memiliki

viskositas yang rendah, sehingga dapat bersirkulasi

dengan baik dan akhirnya pendinginan inti dan belitan

trasformator dapat berlangsung dengan baik pula. 

 

3. Titik Nyala (flash point)

Temperatur ini adalah temperatur campuran antara uap

dari minyak dan udara yang akan meledak (terbakar) bila

didekati dengan bunga api kecil. Untuk mencegah

kemungkinan timbulnya kebakaran dari peralatan dipilih

minyak dengan titik nyala yang tinggi. Titik nyala dari

minyak yang baru tidak boleh lebih kecil dari 135 oC,

sedangkan suhu minyak bekas tidak boleh kurang dari

130 oC. Untuk mengetahui titik nyala minyak

transformator dapat ditentukan dengan menggunakan

alat Close up tester. 

 

93

4. Pemurnian Minyak Transformator

Minyak transformator dapat terkontaminasi oleh

berbagai macam pengotor seperti kelembaban, serat,

resin dan sebagainya. Ketidakmurnian dapat tinggal di

dalam minyak karena pemurnian yang tidak sempurna.

Pengotoran dapat terjadi saat pengangkutan dan

penyimpanan, ketika pemakaian, dan minyak itu sendiri

pun dapat membuat pengotoran pada dirinya sendiri.

Beberapa metode pemurnian minyak transformator dijelaskan

dalam bagian berikut ini

a). Mendidihkan (boiling)

Minyak dipanaskan hingga titik didih air dalam alat yang

disebut Boiler. Air yang ada dalam minyak akan

menguap karena titik didih minyak lebih tinggi dari pada

titik didih air. Metode ini merupakan metode yang paling

sederhana namun memiliki kekurangan. Pertama hanya

air yang dipindahkan dari minyak, sedangkan serat,

arang dan pengotor lainnya tetap tinggal. Kedua minyak

dapat menua dengan cepat karena suhu tinggi dan

adanya udara.

94

Kekurangan yang kedua dapat diatasi dengan sebuah

boiler minyak hampa udara (vacum oil boiler). Alat ini

dipakai dengan minyak yang dipanaskan dalam bejana

udara sempit (air tight vessel) dimana udara dipindahkan

bersama dengan air yang menguap dari minyak. Air

mendidih pada suhu rendah dalam ruang hampa oleh

sebab itu menguap lebih cepat ketika minyak dididihkan

dalam alat ini pada suhu yang relatif rendah. Alat ini

tidak menghilangkan kotoran pada kendala pertama,

sehingga pengotor tetap tinggal.

b). Alat Sentrifugal (Centrifuge reclaiming)

Air serat, karbon dan lumpur yang lebih berat dari

minyak dapat dipindahkan minyak setelah mengendap.

Untuk masalah ini memerlukan waktu lama, sehingga

untuk mempercepatnya minyak dipanaskan hingga 45 -

55 oC dan diputar dengan cepat dalam alat sentrifugal.

Pengotor akan tertekan ke sisi bejana oleh gaya

sentrifugal, sedangkan minyak yang bersih akan tetap

berada ditengah bejana. Alat ini mempunyai efesiensi

yang tinggi. Alat sentrifugal hampa merupakan

pengembangannya.

95

Bagian utama dari drum adalah drum dengan sejumlah

besar piring / pelat (hingga 50) yang dipasang pada

poros vertikal dan berputar bersama-sama. Karena piring

mempunyai spasi sepersepuluh millimeter, piring piring

ini membawa minyak karena gesekan dan pengotor berat

ditekan keluar.

c). Penyaringan (Filtering)

Dengan metode ini minyak disaring melalui kertas

penyaring sehingga pengotor tidak dapat melalui pori-

pori penyaring yang kecil, sementara embun atau uap

telah diserap oleh kertas yang mempunyai

hygroscopicity yang tinggi. Jadi filter press ini sangat

efesien memindahkan pengotor padat dan uap dari

minyak yang merupakan kelebihan dari pada alat

sentrifugal. Walaupun cara ini sederhana dan lebih

mudah untuk dilakukan, keluaran yang dihasilkan lebih

sedikit jika dibandingkan dengan alat sentrifugal yang

menggunakan kapasitas motor penggerak yang sama.

Filter press ini cocok digunakan untuk memisahkan

minyak dalam circuit breaker (CB), yang biasanya

tercemari oleh partikel jelaga (arang) yang kecil dan sulit

dipisahkan dengan menggunakan alat sentrifugal.

96

d). Regenerasi (Regeneration)

Produk-produk penuaan tidak dapat dipindahkan dari

minyak dengan cara sebelumnya. Penyaringan hanya

baik untuk memindahkan bagian endapan yang masih

tersisa dalam minyak. Semua sifat sifat minyak yang

tercemar dapat dipindahkan dengan pemurnian

menyeluruh yang khusus yang disebut regenerasi.

Dalam dengan menggunakan absorben untuk regenerasi

minyak transformator sering dipakai di gardu induk dan

pembangkit. Adsorben adalah substansi yang partikel

partikelnya dapat menyerap produk produk penuaan dan

kelembaban pada permukaannya. Hal yang sama

dilakukan adsorben dalam ruang penyaring tabung gas

yang menyerap gas beracun dan membiarkan udara

bersih mengalir. Regenerasi dengan adsorben dapat

dilakukan lebih menyeluruh bila minyak dicampur

dengan asam sulfur.

Ada dua cara merawat minyak dengan adsorben yaitu :

97

o Pertama, minyak yang dipanasi dapat dicampur

secara menyeluruh dengan adsorben yang

dihancurkan dan kemudian disaring.

o Kedua, minyak yang dipanaskan dapat

dilewatkan melalui lapisan tebal adsorben yang

disebut perkolasi.

Adsorben untuk regenerasi minyak transformator terdiri dari

selinder yang dilas dengan lubang pada dasarnya dimana

adsorber ditempatkan dengan minyak yang dipanaskan (80-

100o C) hingga mengalir ke atas melalui adsorber. Ketika

minyak mengalir ke atas, filter tersumbat oleh partikel halus

adsorber dan udara dibersihkan dari adsorber lebih cepat dan

lebih menyeluruh pada awalnya. Adsorber yang digunakan

untuk regenerasi minyak transformator kebanyakan yang terbuat

silica gel dan alumina atau sejenis tanah liat khusus yang

dikenal sebagai pemutih (bleaching earth), lempung cetakan

(moulding clay).

Transformator tentunya harus diistirahatkan (deenergized)

ketika minyaknya akan dimurnikan atau diregenerasi dengan

salah satu metode diatas, walaupun demikian hal di atas dapat

dilaksanakan dalam keadaan berbeban jika dilakukan perlakuan

98

khusus. Pengembangan metode regenerasi minyak transformator

dalam kedaan berbeban adalah dengan filter pemindah pemanas

(thermal siphon filter) yang dihubungkan dengan tangki minyak

transformator. Filter ini diisi dengan adsorben sebanyak 1 %

dari berat minyak transformator.

Pengukuran Konduktivitas Arus Searah Minyak

Tansformator

Konduktivitas minyak (k) sangat tergantung pada kuat medan,

suhu dan pengotoran. Nilai konduktivitas diakibatkan oleh

pergerakan ion. Pengukuran k dapat menunjukkan tingkat

kemurnian minyak transformator. Penguraian pengotor

elektrolitik menghasilkan ion positif dan negatif . Untuk satu

jenis ion dengan muatan q1 denmgan rapat ion n1 maka

kontribusi rapat arus yang ditimbulkan pada kuat medan E yang

tidak terlalu tinggi adalah :

S1=q1n1v1 

S1=q1n1E

dimana v1 dan n1 adalah kecepatan dan mobilitas ion. Mobilitas

ion akan bernilai konstan hanya jika berlaku hukum Ohm. Jika

terdapat kuat medan tertentu dalam medan dielektrik, maka akan

berlangsung mekanisme kompensasi yang menyeimbangkan

99

kerapatan berbagai jenis ion hingga tercapai keseimbangan

antara penciptaan, rekombinasi serta kebocoran ion terhadap

elektroda elektroda. Karena mobilitas ion yang berbeda, maka

mekanisme juga berlaku dengan laju yang berbeda pula

sehingga nilai k merupakan fungsi waktu. Oleh karena itu dalam

mengukur nilai k dianjurkan untuk menunggu beberapa saat

misalnya 1 menit hingga mekanisme transien hilang.

Susunan elektroda yang dgunakan dalam mengukur nilai k harus

dilengkapi dengan elektroda cincin pengaman untuk

menghilangkan pengaruh pada bidang batas dan arus arus

permukaan yang dibumikan secara langsung

Gambar susunan elektroda untuk tegangan searah

1.Elektroda tegangan tinggi 

2.Elektroda ukur 

3.Elektroda cincin pengaman

100

Medan elektrik sedapat mungkin dibuat homogen. Disamping

elektroda pelat umumnya digunakan elektroda selinder koaksial.

Jika diterapkan tegangan U untuk medan homogen seluas A dan

besar sel S maka nilai k dapat dihitung dari nilai arus I sebagai

berikut

k = (I.S) / U A

Arus yang terukur umumnya berkisar beberapa kiloampere.

Untuk itu dapat digunakan galvanometer kumparan putar yang

peka ataupun pengukur arus dengan penguat elektronik yang

jauh lebih peka.

Pengukuran Faktor Dissipasi Minyak Transformator

Rugi dielektrik dari suatu isolasi dengan kapasitansi C pada

frekuensi jala jala w dapat dihitung dengan menggunakan faktor

disipasi sebagai berikut :

Pdiel = U2w C tan d

Besar rugi dielektrik dapat diukur dengan jembatan Schering

101

Gambar Jembatan Schering Rangkaian untuk mengukur

Kapasitansi dan faktor 

dissipasi dengan jembatan Schering

Kapasitansi Cx dan faktor dissipasi tan d harus diukur sebagai

fungsi tegangan uji U dengan menggunakan rangkaian di atas.

Tegangan yang dibangkitkan oleh transformator tegangan tinggi

T diukur dengan kapasitor CM dan alat ukur tegangan puncak

SM. Tabung uji diparalelkan dengan kapasitor standar dengan

nilai kapasitansi C2 =28 pF.

Tembus jembatan serat dalam minyak Isolasi

Setiap bahan igolasi cair mengandung pengotor makroskopik

berupa partikel partikel serta selulosa, kapas dan lain

sebagainya. Jika partikel itu menyerap embun maka akan

102

bekerja gaya yang bergerak menuju daerah dengan kuat medan

yang lebih tinggi dan mengarahkannya sesuai dengan arah

medan E. Muatan dengan polaritas yang berlawanan akan

diinduksikan pada ujung ujungnya sehingga mengarah

mengikuti arah medan. Kedaaan ini menciptakan saluran

konduktif yang menjadi panas akibat rugi rugi resistif sehingga

menguapkan embun yang terkandung dalam partikel. Tembus

kemudian terjadi pada tegangan yang relatif rendah yang

digambarkan sebagai tembus termal lokal pada bagian yang

cacat.

Gambar jembatan schering.

103

Prosedur Pengujian Tegangan Gagal Minyak Transformator

dengan Berbagai Macam Elektroda.

Berbagai macam elektroda yang digunakan untuk pengetesan ini

dimaksudkan untuk mendapatkan hasil pengujian kegagalan

minyak transformator dalam keadan volume minyak tertekan,

medan seragam dan tak seragam.

a. Pemrosesan Minyak Transformator (Oil processing)

Kekuatan dielektrik dari minyak transformator sangat

dipengaruhi oleh pemrosesan dan kondisi pengujian,

karean menentukan kualitas dari minyak transformator

selama pengujian. Sifat minyak akan hilang melalui uap

lembab, gas, ketidakmurnian, dan pengisian kedalam

tangki pengujian. Kualitas minyak harus dicek secara

periodik dengan oil cup tester, sehingga dapat diperoleh

informasi bahwa pengurangan kekuatan elektrik dari

minyak transformator diabaikan jika tangki ditutup 4

hari. Jika kekuatan dielektrik minyak menurun dari nilai

awal 65 kV/25 mm sampai 55 kV/2.5 mm, atau jika

lebih dari 4 hari setelah diisi minyak, maka minyak harus

diganti.

b. Penerapan Tegangan

104

Tegangan AC dan tegangan impuls biasanya digunakan

dalam pengujian. Pengujian dengan tegangan AC dapat

diperoleh dengan Steady voltage raising method dan

Withstand voltage method, dengan kenaikan dari 5

sampai 10 % step, mulai 60 % dari ekspektasi

breakdown voltage. Impuls voltage dibuat dengan up and

down method dari 5 sampai 10 % step dari ekspektasi

breakdown voltage. Probablitas pengujian kegagalan

dapat diperoleh dalam 2 cara yaitu :

o Tegangan AC naik pada kegagalan dengan

kecepatan konstan 3 kV/sec. Prosedur ini diulang

sampai 500 kali dalam interval 1 menit.

o Voltage band antara 0 sampai 100 % breakdown

voltage, yang dibagai dalam beberapa

level.Tegangan Ac telah diaplikasi selama 1

menit 20 kali tiap level tegangan, sedangkan

tegangan impuls telah diaplikasi 20 kali tiap level

tegangan.

105

Teori Breakdown pada bahan isolasi Cair

Salah satu bahan isolasi yang banyak digunakan dalam sistem

tenaga listrik adalah minyak. Misalnya digunakan sebagai

isolasi inti pada Trafo daya sekaligus sebagai media pendingin.

Minyak juga digunakan sebagai pemadam busur api pada

peralatan Circuit Breaker (CB) atau Pemutus Tenaga PMT.

Pada saat beroperasi, minyak sebagai isolator mengalami

penurunan kualitas disebabkan karena banyak faktor misalnya

pengaruh kontaminan padat, kontaminan cair dan gas-gas hasil

reaksi didalam minyak. Selain itu, juga dipengaruhi oleh kondisi

minyak yang mengalami stress thermal pada saat beban puncak.

Semakin banyak kontaminan yang terkandung dalam minyak,

maka kualitas minyak akan semakin menurun dan bisa terjadi

breakdown.

Selama ini, ada 4 teori yang dikemukakan berkaitan dengan

kegagalan isolasi minyak.

1. Teori Kegagalan Intrinsik

2. Teori Kegagalan karena Gelembung Gas

3. Teori Kegagalan karena Zat Cair Lain

4. Teori Kegagalan karena kontaminan Padat

106

dalam kenyataan di lapangan, selain 4 hal tersebut, minyak juga

dipengaruhi oleh suhu / temperatur.

Berdasarkan hasil pengukuran yang dilakukan pada minyak

shell diala B yang telah disimpan dengan variasi waktu

penyimpanan 130 hari hingga 166 hari, kondisi minyak

memiliki tegangan breakdown lebih kecil daripada standar

minyak yang dipersyaratkan.

Beberapa sampel minyak shell diala B yang telah disimpan

tersebut, ketika dilakukan test tegangan breakdown,

menggunakan elektroda setengah bola standar pada jarak 2,5

mm, menunjukkan nilai antara 24 kV sampai 26 kV . Padahal

kondisi standar yang dipersyaratkan adalah 30 kV. Sehingga

minyak yang disimpan, sebaiknya dilakukan purifikasi terlebih

dahulu sebelum digunakan, agar memiliki nilai tegangan tembus

sesuai dengan standarnya yaitu 30 kV.

107